RU2030367C1

RU2030367C1 - Building mixture

Info

Publication number: RU2030367C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Коломацкий
Original assignee: Белгородский технологический институт строительных материалов
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1981-05-06
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: building industry. SUBSTANCE: building mixture has, %: cement 6-12; sand 60-70; calcium trisulfohydroferrite (as dry matter) 5-20, and water - the rest. Compression strength of building mixture after 28 days is 4.2-6.0 MPa, whiteness is 81-82%, average density is 1860-2000 kg/m³. EFFECT: enhanced quality of mixture. 1 tbl

Description

Изобретение относится к составам строительных смесей и может быть использовано при производстве кирпичной и каменной кладки, штукатурных и других работ. The invention relates to compositions of building mixtures and can be used in the manufacture of brick and masonry, plastering and other works.

Известна строительная смесь, включающая цемент, песок, добавку - хлорное железо и воду. Known building mixture, including cement, sand, additive - ferric chloride and water.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является строительная смесь, включающая цемент, песок, шлам - продукт нейтрализации отработанного раствора сернокислого травления стали и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 6,13-17,0
Песок 66,41-77,09
Шлам - продукт нейтра-
лизации отработанного
раствора сернокислого
травления стали (в рас-
чете на сухое вещество) 2,43-4,99
Вода Остальное
Недостатками строительной смеси по прототипу являются низкая прочность, наличие у растворной смеси цвета ржавчины и неоднородность.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed is a building mixture, including cement, sand, sludge - the product of the neutralization of the spent solution of sulphate etching of steel and water in the following ratio of components, wt.%:
Cement 6.13-17.0
Sand 66.41-77.09
Sludge is a product of neutral
waste disposal
sulfate solution
steel pickling (in
even on dry matter) 2.43-4.99
Water Else
The disadvantages of the building mixture of the prototype are low strength, the presence of the mortar mixture in the color of rust and heterogeneity.

Цель изобретения - повышение прочности и белизны при одновременном улучшении однородности. The purpose of the invention is to increase strength and whiteness while improving uniformity.

Поставленная цель достигается тем, что строительная смесь, включающая цемент, песок, железосодержащую добавку и воду, содержит в качестве железосодержащей добавки трисульфогидроферрит кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 6-12
Песок 60-70
Трисульфогидроферрит
кальция (на сухое вещество) 5-20
Вода Остальное
Шлам, входящий в состав строительной смеси по прототипу, образуется на сталепрокатных, метизных и других заводах при нейтрализации известковым молоком отработанных растворов и промывных вод сернокислотного травления стали. Реакцию нейтрализации описывает уравнение:
FeSO₄+Ca(OH)₂+2H₂O = =CaSO₄ ˙2H₂O+Fe(OH)₂ (1) Шлам является техническим продуктом и соответствует требованиям ТУ 14-УССР-284-6-86 "Шлам нейтрализованный очистных сооружений". Его средний химический состав, мас.%: СаО 40; SiO₂ 2; MgO до 5; Fe₂O₃ 18; SO₃ 14; пп. 21. Фазовый состав шлама представлен преимущественно гидроксидом трехвалентного железа, образовавшимся при окислении гидроксида двухвалентного железа кислородом воздуха и двуводным сульфатом кальция.This goal is achieved in that the building mixture, including cement, sand, an iron-containing additive and water, contains calcium trisulfohydroferrite as an iron-containing additive in the following ratio, wt.%:
Cement 6-12
Sand 60-70
Trisulfohydroferrite
calcium (dry matter) 5-20
Water Else
The sludge, which is part of the construction mixture according to the prototype, is formed in steel rolling, hardware and other plants when neutralized with lime milk waste solutions and wash water sulfuric acid pickling steel. The neutralization reaction is described by the equation:
FeSO ₄ + Ca (OH) ₂ + 2H ₂ O = CaSO ₄ ˙ 2H ₂ O + Fe (OH) ₂ (1) Sludge is a technical product and meets the requirements of TU 14-Ukrainian SSR-284-6-86 "Neutralized sludge facilities. " Its average chemical composition, wt.%: CaO 40; SiO ₂ 2; MgO up to 5; Fe ₂ O ₃ 18; SO ₃ 14; p. 21. The phase composition of the sludge is predominantly represented by ferric hydroxide formed during the oxidation of ferrous hydroxide with atmospheric oxygen and calcium bicarbonate.

Трисульфогидроферрит кальция, входящий в состав предлагаемой строительной смеси, также является продуктом переработки отработанных растворов сернокислотного травления стали. Переработка ведется следующим образом. Отработанный травильный раствор нейтрализуют боем газосиликатного бетона или цементного камня до рН=4-5 и известковым молоком до рН=9. Затем нейтрализованную суспензию аэрируют для перевода двухвалентного железа в трехвалентное, добавляют известковое молоко из расчета 1,5 моль гидроксида кальция на один моль гидроксида железа с 10% избытка на полноту реакции и выдерживают смесь до достижения метастабильного равновесия. При этом протекает реакция образования трисульфогидроферрита кальция
3Са(ОН)₂+2Fe(OH)₃+3CaSO_4˙2H₂O+20H₂O= = 3CaO˙ Fe₂O_3˙ 3CaSO_4˙ 32H₂O (2)
Химический состав трисульфогидроферрита кальция, мас.%: CaO 25,63; Fe₂O₃ 12,16; SO₃ 18,29; H₂O 43,92.Calcium trisulfohydroferrite, which is part of the proposed building mixture, is also a product of the processing of waste solutions of sulfuric acid etching of steel. Processing is carried out as follows. The spent pickling solution is neutralized by a battle of gas silicate concrete or cement stone to pH = 4-5 and milk of lime to pH = 9. Then the neutralized suspension is aerated to convert ferrous to ferric, milk of lime is added at the rate of 1.5 mol of calcium hydroxide per mole of iron hydroxide with 10% excess for the completeness of the reaction and the mixture is maintained until metastable equilibrium is reached. In this case, the reaction of formation of calcium trisulfohydroferrite
3Ca (OH) ₂ + 2Fe (OH) ₃ + 3CaSO _4˙ 2H ₂ O + 20H ₂ O = 3CaO˙ Fe ₂ O _3˙ 3CaSO _{4˙ 32H} ₂ O (2)
The chemical composition of calcium trisulfohydroferrite, wt.%: CaO 25,63; Fe ₂ O ₃ 12.16; SO ₃ 18.29; H ₂ O, 43.92.

Cтроительная смесь по предложенному решению проявляет неожиданный, неподдающийся прогнозированию на основе логических выводов эффект, заключающийся практически в двухкратном повышении прочности. Известно также, что образование трехсульфатной формы в цементных конгломератах является причиной их коррозии. В предложенном техническом решении в строительную смесь вводится, с точки зрения коррозионных процессов, продукт коррозии - трисульфогидроферрит кальция. При этом, наоборот, имеет место увеличение прочности. Кроме того, в предложенной растворной смеси ион трехвалентного железа не проявляет своих хромофорных свойств, в результате чего белизна затвердевшей строительной смеси не снижается, а в сравнении со смесью по прототипу имеет более высокую белизну. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". According to the proposed solution, the building mixture shows an unexpected effect that cannot be predicted on the basis of logical conclusions, consisting in almost a twofold increase in strength. It is also known that the formation of the trisulfate form in cement conglomerates is the cause of their corrosion. In the proposed technical solution, from the point of view of corrosion processes, the corrosion product — calcium trisulfohydroferrite — is introduced into the building mixture. In this case, on the contrary, there is an increase in strength. In addition, in the proposed mortar mixture, the ferric ion does not exhibit its chromophore properties, as a result of which the whiteness of the hardened building mixture does not decrease, and in comparison with the prototype mixture has a higher whiteness. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

П р и м е р. Для проведения испытаний использовали обезвоженный шлам Орловского сталепрокатного завода, отработанный раствор сернокислотного травления сталей того же завода, следующего состава: FeSO₄ 310 г/л; H₂SO₄ 3,4 г/л, бой газосиликатного бетона и комовую известь 91%-ной активности Белгородского комбината строительных материалов, песок кварцевый природный Дальнепесковского карьера с модулем крупности 1,42, портландцемент М 400 Белгородского цементного завода, белый Шуровский портландцемент М 400.PRI me R. For testing, we used dehydrated sludge from the Oryol Steel Rolling Plant, a spent solution of sulfuric acid pickling of steels of the same plant, of the following composition: FeSO ₄ 310 g / l; H ₂ SO ₄ 3.4 g / l, gas silicate concrete and lump lime 91% activity of the Belgorod plant of building materials, natural quartz sand of the Dalnepeskovsky quarry with a particle size module of 1.42, Portland cement M 400 of the Belgorod cement plant, white Shurovsky portland cement M 400.

По прототипу: из 10 мас.% цемента, 74% песка, 3,5% шлама и 12,5% воды (соответственно 1 кг Ц, 7,4 кг П, 0,35 кг Ш и 1,25 л В) готовили строительную смесь. According to the prototype: from 10 wt.% Cement, 74% sand, 3.5% sludge and 12.5% water (respectively 1 kg C, 7.4 kg P, 0.35 kg W and 1.25 L H) were prepared building mixture.

Подвижность строительной смеси определяли в см на приборе ПГР (СТРОИЦНИЛ) по величине погружения конуса. The mobility of the building mixture was determined in cm on a PGR device (STROITSILIL) by the value of the cone immersion.

При определении расслаиваемости растворной смеси использовали прибор, представляющий собой цилиндрическую стальную форму, высотой 305 мм и внутренним диаметром 113 мм, состоящую из трех частей одинаковой высоты. Форму заполняли испытываемой смесью вровень с краями, закрывали крышкой и подвергали вибрации 30 с. Далее использовали растворную смесь из нижней и верхней частей прибора, которую дополнительно перемешивали. Затем определяли подвижность растворной смеси на приборе ПГР по величине погружения конуса в растворную смесь. Масса подвижной части прибора 300 г, высота конуса 145 мм, диаметр основания конуса 75 мм. Объем погруженной части конуса в растворную смесь отсчитывали с погрешностью 1 см³ и вычисляли разность объемов погружения конуса в растворную смесь из верхней и нижней частей прибора. Расслаиваемость в см³ вычисляли как среднее арифметическое результатов двух испытаний.When determining the stratification of the mortar mixture, a device was used, which was a cylindrical steel form, 305 mm high and 113 mm in inner diameter, consisting of three parts of the same height. The mold was filled with the test mixture flush with the edges, closed with a lid and subjected to vibration for 30 s. Then used a mortar mixture from the lower and upper parts of the device, which was further mixed. Then, the mobility of the mortar mixture on the PGR device was determined by the value of the immersion of the cone in the mortar mixture. The mass of the moving part of the device is 300 g, the height of the cone is 145 mm, the diameter of the base of the cone is 75 mm. The volume of the immersed part of the cone in the mortar mixture was counted with an error of 1 cm ³ and the difference between the volumes of immersion of the cone in the mortar mixture from the upper and lower parts of the device was calculated. Separation in cm ^{3 was} calculated as the arithmetic average of the results of two tests.

Для определения прочностных показателей из строительной смеси изготавливали по 3 образца-кубика с ребром 7,07 см. Через 28 сут твердения в нормальных условиях производили испытания образцов на прессе П-10 и определяли предел прочности на сжатие. To determine the strength parameters, 3 cube samples with a rib of 7.07 cm were made from the building mixture. After 28 days of hardening, samples were tested under normal conditions on a P-10 press and the ultimate tensile strength was determined.

Перед проведением прочностных испытаний образцы взвешивали и, исходя из их объема, рассчитывали значение средней плотности. Before conducting strength tests, the samples were weighed and, based on their volume, the average density value was calculated.

Из строительной смеси указанного состава с белым Шуровским портландцементом на стекле изготавливали три пластинки размером 4х1х160 см, на которых после 28 сут твердения фотоэлектрическим блескомером ФБ-2 определяли белизну. Three plates 4x1x160 cm in size were made on glass from a building mixture of the specified composition with white Shurovsky Portland cement, on which glass was determined after 28 days of hardening with an FB-2 photoelectric gloss meter.

Результаты испытаний по прототипу приведены в таблице. По предлагаемому техническому решению для изготовления строительной смеси использовали цемент, гидросульфоферрит кальция, песок и воду. Составы строительной смеси и результаты испытаний, выполненные как описано выше, приведены в таблице. The test results of the prototype are shown in the table. According to the proposed technical solution, cement, calcium hydrosulfoferrite, sand and water were used to make the building mixture. The composition of the building mixture and the test results performed as described above are shown in the table.

Использовали гидросульфоферрит кальция опытной лабораторной переработки, изготовление которого произведено следующим образом. На 1 л отработанного сернокислотного травильного раствора для нейтрализации его шло 640 г боя газосиликатного бетона, измельченного до крупности менее 0,315 мм, и 500 мл известкового молока 16%-ной активности. Нейтрализованную суспензию аэрировали воздухом в аэраторе (емкость с перфорированными трубками по дну) для перевода двухвалентного железа в трехвалентное. Время аэрации составляло 4 часа. После этого к суспензии добавляли 1200 мл известкового молока 16%-ной активности и оставляли ее в закрытом сосуде для протекания реакции. Время достижения равновесия в системе наступило через 3 недели (21 сут). Контроль за состоянием твердой фазы производили дифрактометром ДРОН-2,0 в возрасте 1, 3, 7, 14, 21 и 28 сут. При этом установлено, что отражения гидроксида кальция с d=0,490 и 0,263 нм, а также гипса с d=0,762 нм со временем (к 21-м сут) исчезают. Основными твердыми фазами через 21 сут являются трисульфогидроферрит кальция с d=0,97 нм и кварц с d=0,336 нм. В возрасте от 21 до 28 сут и далее изменений фазового состава не наблюдали. Кварц внесен в систему при нейтрализации сернокислого раствора от травления стали боем газосиликатного бетона. Влажность трисульфогидроферрита кальция 140%, содержание в суспензии кварцевого песка (на сухое вещество) 28%, что учитывали при изготовлении строительной смеси. Used calcium hydrosulfoferrite experimental laboratory processing, the manufacture of which is carried out as follows. 640 g of gas silicate concrete crushed to a particle size of less than 0.315 mm and 500 ml of lime milk of 16% activity were consumed per 1 liter of spent sulfuric acid pickling solution to neutralize it. The neutralized suspension was aerated with air in an aerator (a container with perforated tubes along the bottom) to convert ferrous iron to ferric. Aeration time was 4 hours. After that, 1200 ml of lime milk of 16% activity was added to the suspension and it was left in a closed vessel for the reaction to proceed. The time to reach equilibrium in the system came in 3 weeks (21 days). The state of the solid phase was monitored by a DRON-2.0 diffractometer at the age of 1, 3, 7, 14, 21, and 28 days. It was found that reflections of calcium hydroxide with d = 0.490 and 0.263 nm, as well as gypsum with d = 0.762 nm, disappear with time (by the 21st day). The main solid phases after 21 days are calcium trisulfohydroferrite with d = 0.97 nm and quartz with d = 0.336 nm. At the age of 21 to 28 days and further, phase composition changes were not observed. Quartz was introduced into the system during the neutralization of the sulfuric acid solution from steel pickling by the battle of gas silicate concrete. The moisture content of calcium trisulfohydroferrite is 140%, the content of silica sand in the suspension (on dry matter) is 28%, which was taken into account in the manufacture of the building mixture.

Согласно полученным данным предложенный состав строительной смеси, изготовленный с 5-20 мас. % добавки трисульфогидроферрита кальция, имеет практически в 2 раза большую прочность, чем у смеси по прототипу, и на 50% более высокую белизну. С повышением количества добавки до 30% (состав N 6) имеет место значительное снижение прочности, которая становится близкой к прочности строительной смеси по прототипу. Смесь с 1 мас.% добавки (состав N 5) имеет достаточно высокие значения прочности и белизны, но показала плохую однородность, характеризуемую величиной расслаиваемости. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что оптимальное соотношение компонентов имеет строительная смесь составов 2-4. According to the data, the proposed composition of the building mixture, made with 5-20 wt. % calcium trisulfohydroferrite additive has almost 2 times greater strength than the mixture of the prototype, and 50% higher whiteness. With an increase in the amount of additive to 30% (composition N 6), there is a significant decrease in strength, which becomes close to the strength of the building mixture of the prototype. A mixture with 1 wt.% Additives (composition N 5) has a fairly high strength and whiteness, but showed poor uniformity, characterized by the magnitude of delamination. The test results indicate that the optimal ratio of components has a building mixture of compositions 2-4.

Таким образом, предложенный состав строительной смеси позволяет повысить прочность и белизну при одновременном улучшении однородности. Использование строительной смеси по прототипу расширяет сырьевую базу компонентов для строительного производства, способствует утилизации промышленных отходов. Thus, the proposed composition of the building mixture can increase strength and whiteness while improving uniformity. The use of a building mixture of the prototype expands the raw material base of components for construction production, contributes to the disposal of industrial waste.

Claims

BUILDING MIX, including cement, sand, iron-containing additive and water, characterized in that, in order to increase strength and whiteness while improving uniformity, it contains calcium trisulfohydroferrite as an iron-containing additive in the following ratio, wt.%:
Cement - 6 - 12
Sand - 60 - 70
Calcium trisulfohydroferrite (per dry substance) - 5 - 20
Water - Else