Состав для обработки строительных материалов и способ их обработки
Владельцы патента RU 2416589:
Изобретение относится к составу и способу обработки строительных материалов и может быть использовано для улучшения качества газобетона, кирпича, шифера, бетонных и железобетонных изделий, а также конструкций на их основе. Технический результат — повышение прочности, морозостойкости и химической стойкости строительных материалов, снижение их водопоглощения с одновременным упрощением способа обработки строительных материалов и снижением энергоемкости. Состав содержит, мас.%: полисульфид кальция 15-20, одноатомные спирты нормального или изостроения 0,02-0,05, вода остальное. В качестве одноатомных спиртов используют этиловый, пропиловый или изопропиловый спирт, при этом состав для обработки имеет плотность 1,15-1,20 г/см 3 . Способ обработки строительных материалов включает пропитку вышеуказанным составом в течение 1-5 часов в количестве 2,0-2,5 кг/м 2 . Обработку осуществляют при комнатной температуре и атмосферном давлении. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к составу и способу обработки строительных материалов и может быть использовано для улучшения качества газобетона, кирпича, бетонных и железобетонных изделий, а также конструкций на их основе.
Известно [Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне. Физико-химическое бетоноведение. Пер. с англ. Розенберг Т.И., Ратиновой Ю.Б.; Под ред. Ратинова В.Б. — М.: Стройиздат, 1986. — 278 с.], что одним из способов увеличения стойкости бетона и других пористых материалов является уменьшение его пористости. В качестве приемов, повышающих плотность, применялись методы обработки упрочняющей фазой, например жидкими маловязкими мономерами, такими как стирол, метакрилат и другими полимеризующимися составами, позволяющими получить бетонополимеры [Покровский Н.С. Пропиточная гидроизоляция бетона. — М. — Энергия. 1964 — аналог]. Однако применению этих мономеров в качестве пропиточного состава и широкому их распространению в производствах бетонных и железобетонных изделий в значительной мере мешают их высокая стоимость, сложность технологии пропитки.
Известен способ обработки бетона путем пропитки расплавом серы [Патуроев В.В., Волгушев А.Н., Основные характеристики бетонов, пропитанных серой. — М.: ЦИНИС Госстрой СССР. — 1976. — 15 с.]. В результате пропитки расплавом серы увеличиваются плотность и механические характеристики бетона, повышается водостойкость, морозоустойчивость и химическая стойкость. Изготовление изделий из бетона, пропитанного серой, характеризуется меньшей энергоемкостью, а также меньшей сложностью технологического процесса, чем из бетонополимера. Однако практика применения расплава серы для обработки строительных материалов показала, что этому способу присущи следующие особенности, ограничивающие его широкое распространение. Пропитка изделий расплавом серы включает ряд последовательных технологических процессов — разогрев серы до 150°С, сушку и прогрев изделий при температуре 130-140°С, погружение изделий в расплав и пропитку, извлечение изделий из расплава серы и их охлаждение. Для осуществления эффективной пропитки расплавом серы необходимо использовать герметичную ванну, снабженную системой вакуумирования. Разогрев серы и бетонных изделий до температур 140-150°С обуславливает высокую энергоемкость процесса. Кроме того, разогрев изделий до таких температур может вызвать напряжения в материале и привести к снижению прочности. Необходимо отметить чувствительность процесса к флуктуациям температурного режима, так как сера является жидкотекучей лишь в определенном интервале температур.
Наиболее близким к заявленному способу является способ обработки строительных материалов водным раствором полисульфида кальция, содержащим также полиспирты 0,5 мас.% и декстрин 0,5 мас.% [RU 2001115466, опубл. 20.05.2003].
Наиболее близким к заявленному составу является состав (RU 2001109179, опубл. 20.03.2003), содержащий, мас.%: полисульфид кальция 15-30, полиспирты 0,005-0,5, декстрин 0,03-0,5, вода остальное.
Предлагаемое изобретение решает техническую задачу упрощения способа обработки строительных материалов, снижения энергоемкости и повышения его эффективности, а также повышения прочности, морозостойкости и химической стойкости строительных материалов, снижения их водопоглощения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что состав, содержащий полисульфид кальция и воду, дополнительно содержит одноатомные спирты нормального и изостроения при следующем соотношении, мас.%:
| Полисульфид кальция | 15-20 |
| Одноатомные спирты | |
| нормального или изостроения | 0.02-0.05 |
| Вода | остальное |
В качестве одноатомных спиртов используют этиловый, пропиловый или изопропиловый спирты, при этом состав для обработки имеет плотность 1,15-1,20 г/см 3 .
Решение поставленной задачи достигается также тем, что способ обработки строительных материалов, включающий обработку водным раствором полисульфида кальция, включает обработку вышеуказанным составом пропиткой в течение 1-5 часов в количестве 2,0-2,5 кг/м 2 . Согласно изобретению обработку осуществляют при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Состав получают следующим образом.
К навеске окиси кальция (60 г) при перемешивании добавляют небольшое количество воды, затем добавляют воду до образования гидроокиси кальция и нагревают до кипения. Отдельно готовят порошок серы, механически активированной в центробежной мельнице или дезинтеграторе (120 г), добавляют воду, полученную пасту смешивают с гидроокисью кальция, добавляют остаточное количество (до 1 л), поддерживая кипение смеси в течение 60-70 мин. Для увеличения глубины проникновения состава в объем изделий за 10 мин до завершения термообработки в раствор добавляют одноатомные спирты (1-3 г), затем раствор отстаивают и фильтруют.
Экспериментально установлено, что в результате пропитки вышеприведенным составом благодаря низкой вязкости раствора он проникает в мельчайшие поры строительных материалов. Далее в процессе высыхания молекулы полисульфида разваливаются и на поверхности пор оседает элементная сера. Измерениями поверхности сколов на сканирующем мультимикроскопе СММ-2000Т (производства ОАО «Завод ПРОТОН-МИЭТ», Москва, Зеленоград) установлено, что в процессе высыхания на поверхности пор образуются наноразмерные частицы серы, имеющие округлую плоскую форму, причем поперечный размер частиц составляет 50-150 нм, а высота варьируется в пределах от 2 нм до 10 нм. Исследования показали, что эти частицы хорошо удерживаются на поверхности пор, придают ему химическую стойкость и гидрофобность. В результате обработка заявляемым составом приводит к долговременному и существенному улучшению эксплуатационных характеристик различных строительных материалов даже в условиях статического воздействия воды.
В таблице приведены данные для вибропрессованной бетонной тротуарной плитки, указывающие на существенное улучшение ее основных, определяющих срок службы, характеристик.
| Таблица | ||
| Показатели вибропрессованной бетонной плиты* мощения, обработанной серосодержащим раствором в течение 4 часов | ||
| Физико-механические показатели вибропрессованной плитки | Плиты | |
| контрольные | пропитанные раствором серы | |
| Прочность на сжатие, МПа | 33,5 | 45,8 |
| Упрочнение, % | — | 37 |
| Водопоглощение, % по массе | 11,2 | 2,8 |
| Снижение водопоглощения, % | — | 75 |
| Морозостойкость, число циклов | 500 | 1140 и более |
| Повышение морозостойкости | — | 2,28 раза |
| Истираемость, г/см 2 | 0,6 | 0,4 |
| Снижение истираемости | — | 1,5 раза |
| Количество ударов до разрушения | 141 | 410 |
| Увеличение ударной стойкости | — | 2,9 раз |
| *Размеры плиты 203×102×60 мм 3 , глубина пропитки 25 мм |
Разработанный метод защиты является удобным в применении, уровень защиты материалов можно регулировать, меняя температуру и концентрацию растворов, а также кратность обработки. Установлено, что разработанный метод гидрофобизации универсален и эффективен в качестве способа защиты бетонных, кирпичных и др. конструкций, подверженных атмосферным воздействиям: продолжительным воздействиям влаги, знакопеременным температурам, солнечной радиации, биохимической деструкции.
Применение предлагаемого состава позволяет существенно упростить технологию обработки материалов серой. Во-первых, пропитку изделий можно проводить при комнатной температуре и при атмосферном давлении. Во-вторых, степень пропитки можно легко регулировать, меняя длительность, кратность пропитки и плотность раствора. Необходимо отметить, что пропитка данным составом не вызывает дополнительных напряжений в материале, приводящих к снижению прочности материалов и к появлению в нем трещин. Заметим также, что после обработки данным составом в бетоне всегда остается резерв пористости, необходимой для последующей перекристаллизации цемента вследствие возможной диффузии влаги к цементным зернам. Обработку можно осуществлять пропиткой путем погружения, распыления, нанесения кистью и т.д.
Сочетание вышеуказанных факторов в предлагаемом способе пропитки пористых строительных материалов (бетон, газобетон, кирпич, шифер и др.) обеспечивает простоту обработки и высокую эффективность. Следует также подчеркнуть универсальность предлагаемого способа долговременной защиты строительных материалов, так как он обеспечивает эффективную защиту не только бетона, но и кирпича (керамического и силикатного), газобетона, асбестоцементных изделий, в отличие от широко известных составов, таких как «Пенетрон» и «Ксайпекс», которые годятся только для пропитки бетона. Например, для кирпича керамического и шифера предлагаемый метод позволяет уменьшить водопоглощение в 2-3 раза и увеличить прочность на 40-50%, а для образцов газобетона позволяет уменьшить водопоглощение в 5-6 раз.
При проведении экспериментальных исследований в качестве вяжущих использовали портландцементы ПЦ 500-ДО и ПЦ 400-Д20 производства АО «Сода» (г.Стерлитамак), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85. В качестве заполнителей для цементных бетонов и растворов использовали щебень (ГОСТ 8267-93), гравий (ГОСТ 8268-93), песок речной кварцевый (ГОСТ 8736-93). Вода затворения для бетонов и вяжущих смесей соответствовала требованиям ГОСТ 23732-79.
Эксперименты по пропитке образцов цементного камня при водоцементном отношении (В/Ц), равном 0.3, и цементно-песчаного раствора состава 1:3 при В/Ц=0.5 были проведены на образцах-кубиках размером 2×2×2 см 3 . Пропитывались и испытывались образцы, твердевшие в нормальных условиях в течение 23 суток. В качестве образцов газобетона использовался автоклавный газобетон класса В35, в форме кубов размером 10×10×10 см 3 . Образцами шифера служили плоские квадраты размером 10×10 см 2 .
Пропитка материалов проводилась погружением и выдержкой испытуемых образцов в течение заданного (1-5 часов) времени в условиях нормального атмосферного давления и комнатной температуры. На основании испытаний было установлено оптимальное с точки зрения эффективности защиты материалов количество введения 2-2,5 кг/м 2 раствора.
Для расплава серы однократной пропиткой бетона в течение 2-х часов при 150°С можно достичь упрочнения в 70-90% и снижения водопоглощения на 60-70%. Аналогичных показателей можно добиться введением 2-2,5 кг/м 2 пропиткой при комнатной температуре гидрофобизатором на основе полисульфида кальция. Сравнение образцов с равными показателями (прочности и водостойкости), полученных пропиткой расплавом и раствором серы выявило, что образцы, пропитанные расплавом серы неустойчивы в условиях повышенной влажности — в этих условиях происходит вытеснение серы из порового пространства и разрушение образцов. В то же время для образцов, пропитанных гидрофобизатором — раствором на основе полисульфида кальция, выдержка в условиях повышенной влажности приводила к повышению показателей водостойкости с сохранением прочностных характеристик.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в целях улучшения эксплуатационных характеристик бетонных и железобетонных изделий, а также других (газобетон, кирпич, шифер, плиты мощения) строительных материалов. Способ обработки позволяет проведение ремонтно-восстановительных работ в полевых условиях, эффективен для долговременной защиты сооружений от грунтовых вод, а также для увеличения срока службы конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности.
1. Состав для обработки строительных материалов, включающий полисульфид кальция и воду, отличающийся тем, что дополнительно включает одноатомные спирты нормального или изостроения при следующем содержании, мас.%:
| Полисульфид кальция | 15-20 |
| Одноатомные спирты | |
| нормального или изостроения | 0,02-0,05 |
| Вода | Остальное |
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве одноатомных спиртов используют этиловый, пропиловый или изопропиловый спирты.
3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный состав имеет плотность 1,15-1,20 г/см 3 .
4. Способ обработки строительных материалов путем пропитки водным раствором полисульфида кальция, отличающийся тем, что пропитку осуществляют составом по пп.1-3.
5. Способ обработки по п.4, отличающийся тем, что обработку осуществляют при комнатной температуре и атмосферном давлении.
6. Способ обработки по п.4 или 5, отличающийся тем, что обработку осуществляют погружением, распылением, нанесением кистью в количестве 2-2,5 кг/м 2 .
7. Способ обработки по п.4 или 5, отличающийся тем, что обработку осуществляют в течение 1-5 ч.
Источник
СПОСОБЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Теплотехника
и
Теплотехническое оборудование
Технологии строительных
изделий
Министерство образования Российской Федерации
Магнитогорский государственный технический университет
Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии
Строительных материалов
Утверждено Редакционно-издательским советом
в качестве конспекта лекций
Рецензенты:
Зав. кафедрой «Строительные материалы»
кандидат технических наук, доцент
(ТюмГАСА, г. Тюмень)
кандидат технических наук, доцент
(ТюмГАСА, г. Тюмень)
главный инженер завода ЖБИ
(ЗАО «Строительный комплекс» ОАО ММК, г. Магнитогорск)
Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных материалов: Конспект лекций. Магнитогорск: МГТУ, 2004. 80 с.
© О.А. Долгова, 2004
© МГТУ им. Г.И. Носова, 2004
Введение
Одной из составных частей технологии строительных материалов и изделий является тепловая обработка, на которую затрачивается около 30% стоимости производства строительных материалов и изделий. Кроме того, тепловая обработка потребляет около 80% от расходуемых на весь производственный цикл топливно-энергетических ресурсов.
Таким образом, создание экономичных тепловых процессов, позволяющих получать изделия высокого качества с минимальными затратами топлива и энергии, даст возможность существенно уменьшить капиталовложения в сферу строительства. Для создания таких тепловых процессов необходимы глубокие знания в области тепловой обработки строительных материалов и изделий, устройства тепловых установок, их конструирования и эксплуатации.
Тепловую обработку строительных материалов необходимо рассматривать в двух аспектах. С одной стороны следует проанализировать пути превращения сырьевых материалов в готовую продукцию или полуфабрикат в процессе тепловой обработки. Это задача сугубо технологическая.
С другой стороны, необходимо рассматривать работу тепловой установки, которая определяется законами теплотехники (теплотехническая задача).
При тепловой обработке в материалах и изделиях происходят физико-химические превращения, формируется структура, идут процессы тепло- и массопереноса, возникает напряженное состояние. Рассматривая в целом процессы, проходящие в материалах и изделиях при тепловой обработке, необходимо помнить, что они являются следствием процессов, проходящих в тепловой установке.
Изучение этой достаточно сложной взаимосвязи, порой еще мало исследованной, является главной задачей, которую приходится решать технологам.
Приобретение таких знаний предусматривает дисциплина «Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий», основными задачами которой являются:
– изучить основы физических процессов, происходящих при тепловой обработке строительных материалов и изделий;
– изучить основы тепло- и массообмена, происходящих в изделиях при их тепловой обработке;
– научить грамотно назначать режимы тепловой обработки, от которых зависит технико-экономическая эффективность производства и качество выпускаемой продукции;
– научить рассчитывать необходимое количество теплоты и теплоносителя на тепловую обработку материалов и изделий с целью проведения мероприятий, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
При производстве строительных изделий, деталей и материалов почти во всех случаях для перевода сырья в готовую продукцию применяют тепловую обработку. В большинстве случаев тепловая обработка дает возможность придать сырью новые, качественно отличные свойства, необходимые в строительстве. Такой процесс происходит за счет физических и физико-химических превращений в обрабатываемом материале, течение которых зависит от воздействия тепла.
Для теплового воздействия материал помещают в установку, которую в общем случае называют тепловой установкой. Различные физические и физико-химические превращения в материале требуют различного теплового воздействия. Поэтому в каждой тепловой установке создают свой необходимый для обработки продукции тепловой режим.
Под тепловым режимом понимают совокупность условий теплового и массообменного воздействия на материал; изменение температуры среды, скорость течения газов или жидкостей, омывающих материал, концентрацию газов, их давление.
Следовательно, тепловые режимы представляют собой совокупность тепловых, массообменных и гидродинамических процессов, происходящих в тепловой установке.
Тепловым процессом называют закономерную совокупность стадий теплового воздействия на материал с целью придания ему определенных заранее заданных свойств.
Для организации теплового воздействия на материал необходимо знать условия прохождения физических и физико-химических процессов в материале и их взаимосвязь с организованным тепло- и массообменным процессом в установке. Эту взаимосвязь: тепловой процесс в установке- течение процессов в материале и называют технологией тепловой обработки материала.
По организационно-технической структуре тепловые процессы условно делят на непрерывные и периодические, хотя оба они осуществляется непрерывно.
В непрерывных процессах все стадии тепловой обработки происходят одновременно, но в разных точках установок.
В периодических процессах отдельные стадии тепловой обработки протекают во всей установке, но в разное время.
Тепловой установкойназывают устройство, в котором будет идти тепловой процесс.
Главный признак тепловой установки – использование поданной тепловой энергии для технологической переработки материала или для ускорения протекающих при переработке химических реакций.
Тепловая установка представляет собой теплообменный аппарат и эффективность ее работы оценивается количеством тепловой энергии, переданной в единицу времени.
Установки также делят на установки непрерывного и периодического действия.
Периодические работают по замкнутому циклу. Сначала загружают рабочую камеру материалом, затем проводят тепловую обработку, после чего материал выгружают. Тепловой режим таких установок не стационарный, ибо в каждой точке производства рабочей камеры температура изменяется во времени.
Установки непрерывного действия работают в режиме, близком к стационарному (на практике его таковым и считают). В этих установках каждой точке рабочего пространства должна соответствовать постоянная во времени температура.
В таких установках загружают и выгружают материал непрерывно или с небольшими интервалами.
СПОСОБЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Промышленность строительных материалов производит большое количество бетонных и железобетонных конструкций, керамических изделий, теплоизоляционных материалов, минеральных вяжущих веществ и других изделий.
В технологии строительных материалов используется целый ряд различных методов тепловой обработки, что обусловлено различием свойств перерабатываемых и получаемых материалов, а также химических превращений, происходящих в технологии. Поэтому, прежде чем изучать отдельные виды тепловой обработки, необходимо их представить, классифицировать.
Источник
