RU2332375C2

RU2332375C2 - Method of preparing additives to concrete, mortar and dry building mixes, additive to concrete, mortar and dry building mixes

Info

Publication number: RU2332375C2
Application number: RU2006110646A
Authority: RU
Inventors: Борис Викторович Жданов; Алексей Борисович Жданов; Наталья Борисовна Жданова
Original assignee: Борис Викторович Жданов; Алексей Борисович Жданов; Наталья Борисовна Жданова
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2008-08-27
Also published as: RU2006110646A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to recycling of technogenic waste product - microsilica- with obtaining active additive to concrete, mortar and dry building mixes. In order to prepare additive, first microsilica is loaded, then mixing of microsilica starts, with feeding it with dispersed water or solution of chemical additive until granules are obtained, then feeding water or chemical additive stops, microsilica is added and mixing continues until wet granules are covered with layer of dry microsilica. Ratio of additive components is the following, mass%: water - 10-20, chemical additive - 0-15, microsilica - the remaining part.

EFFECT: reducing power expenditure on production of additive to concrete, mortar and dry building mixes.

2 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Предлагаемая группа изобретений относится к переработке техногенных отходов - пыли газоочистных сооружений производства силикосодержащих ферросплавов и металлического кремния. Этот продукт имеет установившееся отечественное название - микрокремнезем и международное название - silica fume. Основная область применения микрокремнезема (МК) - активная добавка в бетонные, растворные и сухие строительные смеси.The proposed group of inventions relates to the processing of industrial waste - dust from gas treatment plants for the production of silicon-containing ferroalloys and metallic silicon. This product has an established domestic name - silica fume and the international name - silica fume. The main field of application of silica fume (MK) is an active additive in concrete, mortar and dry mortar.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Поступающий непосредственно из газоочистных сооружений МК представляет собой ультрадисперсный порошок с размером частиц менее 1 мкм и насыпной плотностью 0,17-0,25 г/см³. Эта «легкость» МК чрезвычайно осложняет его непосредственное использование в промышленности. Основная его переработка заключается в уплотнении. При этом повышается его транспортабельность и технологичность. В некоторых случаях одновременно с уплотнением МК в него вводят специальные химические добавки для комплексного воздействия на бетонные смеси и такие добавки называют комплексными или модификаторами бетона.Directly coming from gas treatment plants, MK is an ultrafine powder with a particle size of less than 1 μm and a bulk density of 0.17-0.25 g / cm ³ . This "lightness" MK extremely complicates its direct use in industry. Its main processing is compaction. This increases its portability and manufacturability. In some cases, at the same time as the MK seal, special chemical additives are introduced into it for a complex effect on concrete mixes and such additives are called complex or concrete modifiers.

Известны способы уплотнения МК путем механического воздействия на него. Так, согласно [1. Патент РФ №2139245, С01В 33/12, 1999 г.] уплотнение МК достигают путем обработки его в высокоэнергетических активаторах с мелющими телами. Согласно [2. Патент РФ №2217372, С01В 33/12, 2003 г.] МК уплотняют за счет прессования, пропуская его через валки. Согласно [3. Патент РФ №2224707, B65G 69/20, 2003 г.] МК уплотняют за счет действия центробежных сил.Known methods of compaction MK by mechanical impact on it. So, according to [1. RF patent No. 2139245, СВВ 33/12, 1999]. MK compaction is achieved by treating it in high-energy activators with grinding media. According to [2. RF patent No. 2217372, СВВ 33/12, 2003]. MK is compacted by pressing, passing it through the rolls. According to [3. RF patent No. 2224707, B65G 69/20, 2003] MK compacted by the action of centrifugal forces.

Все эти способы требуют значительных затрат энергии и реально обеспечивают уплотнение МК в 1,5-2 раза, то есть до плотностей 0,4-0,48 г/см³. Дальнейшее увеличение плотности МК за счет механического воздействия требует существенного повышения энергозатрат. Согласно [2] для получения плотностей МК порядка 1 г/см³ энергозатраты составляют 30-40 мегаватт-часов энергии на уплотнение 1 тонны МК.All these methods require significant energy costs and really provide MK compaction 1.5-2 times, that is, to densities of 0.4-0.48 g / cm ³ . A further increase in the density of MK due to mechanical action requires a significant increase in energy consumption. According to [2], to obtain MK densities of the order of 1 g / cm ^3, energy consumption is 30-40 megawatt-hours of energy for compaction of 1 ton MK.

Вместе с тем, МК обладает уникальным свойством самоуплотнения при смешивании с водой. Густой раствор МК с водой - текучая суспензия имеет плотность 2,2-1,5 г/см³, а обезвоженный раствор МК (высушенная суспензия) имеет плотность 0,8-0,9 г/см³.At the same time, MK has a unique property of self-sealing when mixed with water. A thick solution of MK with water - a flowing suspension has a density of 2.2-1.5 g / cm ³ and a dehydrated solution of MK (dried suspension) has a density of 0.8-0.9 g / cm ³ .

Причем такая плотность получается без дополнительных затрат энергии на уплотнение. Вторая группа изобретений косвенно использует это свойство МК, не выделяя его в качестве существенных признаков.Moreover, such a density is obtained without additional energy costs for compaction. The second group of inventions indirectly uses this property of MK, not highlighting it as essential features.

Близким по использованию явления самоуплотнения МК при смешивании с водой является способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси [4. Патент РФ №2033403, С04В 28/00, 1995 г.]. Согласно [4] предварительно увлажненный МК пропускают через валки с целью уплотнения, затем смешивают с химическими добавками в барабанном смесителе при температуре 0-100°С. С точки зрения минимизации энергозатрат прессование МК в валках - излишние потери энергии, так как МК может набирать необходимую плотность при увлажнении.Close to the use of the phenomenon of self-sealing MK when mixed with water is a method of preparing a complex additive for concrete mix [4. RF patent No. 2033403, С04В 28/00, 1995]. According to [4], a pre-moistened MK is passed through the rolls with the purpose of compaction, then mixed with chemical additives in a drum mixer at a temperature of 0-100 ° С. From the point of view of minimizing energy costs, pressing MK in rolls is an unnecessary energy loss, since MK can gain the necessary density during wetting.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления комплексного модификатора и комплексный модификатор по [5. Патент РФ №2096372, С04В 28/02, 1997 г.]. В соответствии с этим способом МК смешивают с водой и химическими добавками до получения текучей суспензии, затем ее гранулируют и сушат в газовоздушном потоке при температуре 120-170°С до получения гранул с относительной влажностью 1-8% и размером менее 500 мкм. Исходное соотношение компонентов для текучей суспензии, мас.%:The closest in technical essence and the achieved result is a method of preparing a complex modifier and a complex modifier according to [5. RF patent No. 2096372, С04В 28/02, 1997]. In accordance with this method, MK is mixed with water and chemical additives until a fluid suspension is obtained, then it is granulated and dried in a gas-air stream at a temperature of 120-170 ° C to obtain granules with a relative humidity of 1-8% and a size of less than 500 microns. The initial ratio of the components for a fluid suspension, wt.%:

МК 25-70MK 25-70

химические добавки 2-10chemical additives 2-10

вода остальное.water the rest.

Получаемая по данному способу добавка имеет насыпную плотность 0,65 г/см³ и более, что обеспечивает необходимую технологичность и транспортабельность продукта.Obtained by this method, the additive has a bulk density of 0.65 g / cm ³ or more, which provides the necessary processability and transportability of the product.

Согласно [5] для приготовления текучей суспензии вначале в МК вводят воду в количестве 20-70%, затем ее удаляют с помощью сушки до уровня 1-8% и затем уже при приготовлении бетонной смеси снова смешивают с водой. При этом затраты на удаление воды с помощью сушки представляются излишними, однако они необходимы для перевода добавки из состояния текучей суспензии в порошкообразное состояние. При этом получаемая добавка представляет собой высушенные гранулы уплотненного МК и химических добавок. К сожалению, растворенный в воде и затем высушенный МК при повторном растворении в воде очень плохо растворяется. Если раствор первоначально растворенного МК (при соотношении масс МК и воды 50:50) имеет консистенцию густой сметаны, то повторное растворение предварительно высушенного МК в такой же пропорции с водой почти не изменяет вязкость воды и МК выпадает в осадок. Это приводит к снижению эффекта так называемого «физического воздействия» МК на бетонные смеси, когда сверхмалые частицы МК заполняют пустоты между частицами цемента и наполнителей. Высушенные гранулы МК имеют большие размеры и не могут принимать участие в таком заполнении. Это согласуется с несколько замедленным влиянием комплексной добавки [5] на набор прочности бетона по сравнению с использованием неуплотненного МК. При этом проявляется только второй фактор влияния МК - его химическая активность.According to [5], to prepare a fluid suspension, water is first introduced in the amount of 20-70% in MK, then it is removed by drying to the level of 1-8% and then again in the preparation of the concrete mixture is mixed with water. At the same time, the cost of removing water by drying seems unnecessary, however, they are necessary to transfer the additive from the state of a fluid suspension to a powder state. In this case, the resulting additive is a dried granules of compacted MK and chemical additives. Unfortunately, MK dissolved in water and then dried, when re-dissolved in water, dissolves very poorly. If the solution of the initially dissolved MK (with a mass ratio of MK to water of 50:50) has the consistency of thick sour cream, then re-dissolving the previously dried MK in the same proportion with water almost does not change the viscosity of the water and MK precipitates. This leads to a decrease in the effect of the so-called “physical impact” of MK on concrete mixes, when ultra-small particles of MK fill the voids between the particles of cement and aggregates. Dried MK granules are large and cannot participate in such filling. This is consistent with the somewhat delayed effect of the complex additive [5] on the set of concrete strength in comparison with the use of unconsolidated MK. In this case, only the second factor of the influence of MK is manifested - its chemical activity.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Целью предлагаемой группы изобретений является способ приготовления добавки в бетон с минимальными затратами, а получаемая при этом добавка в бетон обладала бы технологичностью и транспортабельностью.The aim of the proposed group of inventions is a method of preparing an additive in concrete at minimum cost, and the resulting additive in concrete would have adaptability and portability.

Общий с [5] существенный признак предлагаемой группы изобретений состоит в перемешивании компонентов указанной добавки в смесительном устройстве с последующим получением гранул.Common with [5] an essential feature of the proposed group of inventions is the mixing of the components of this additive in a mixing device with the subsequent production of granules.

Первый отличительный существенный признак предлагаемой группы изобретений состоит в том, что первоначально в смесительное устройство вводят МК, затем начинают перемешивание МК, подавая в него в распыленном виде воду или раствор химической добавки - пластифицирующей добавки, или регулятора твердения, или воздухововлекающей добавки, или противоморозной добавки или их смеси, до получения гранул, затем прекращают подачу воды или раствора указанной химической добавки, подают МК и продолжают перемешивание до покрытия влажных гранул слоем сухого МК.The first distinctive essential feature of the proposed group of inventions is that MK is initially introduced into the mixing device, then MK is mixed, by spraying it with water or a solution of a chemical additive — a plasticizing additive, or a hardening regulator, or an air-entraining additive, or an anti-frost additive or mixtures thereof, until granules are obtained, then the flow of water or a solution of the indicated chemical additive is stopped, MK is fed and stirring is continued until the wet granules are coated with a layer of Hogoev MC.

Второй отличительный существенный признак состоит в том, что для смешивания используют следующее соотношение компонентов, мас.%:The second distinctive essential feature is that for mixing use the following ratio of components, wt.%:

вода 10-20water 10-20

химические добавки 0-10chemical additives 0-10

МК остальное.MK rest.

Третий отличительный существенный признак представляет собой добавку, полученную способом на основе вышеперечисленных отличительных признаков, которая представляет собой влажные гранулы, покрытые слоем сухого МК. При этом достигается плотность добавки 0,45-1,1 г/см³ с влажностью 10-20%.The third distinctive essential feature is an additive obtained by the method based on the above distinctive features, which is a wet granule coated with a layer of dry MK. In this case, the density of the additive is 0.45-1.1 g / cm ³ with a moisture content of 10-20%.

Механизм образования гранул при смешивании МК с водой или с растворами химических добавок следующий. Распыленная микрокапелька жидкости попадает в смеситель и адсорбирует МК до получения тяжелой влажной фракции. В центре ее влажность достигает 25-35%, а к краям влажность падает, и при влажности 10-15% происходит образование твердого камня - своеобразной защитной корочки. Отвердение МК связано с его пуццолановыми свойствами. К этой корочке снаружи прикрепляется слой сухого МК. Таким образом, гранула в сечении представляет влажную тяжелую фракцию МК, окруженную твердой защитной корочкой, к которой прикрепляется слой сухого МК. Благодаря «упаковке» влажной части тяжелого МК конечный продукт обладает необходимой транспортабельностью и технологичностью. Его насыпная плотность составляет 0,45-1,1 г/см³. Угол естественного откоса составляет 30-35 градусов, то есть сыпучесть полученного МК близка к сыпучести цемента. Влажность наружного слоя гранул близка к влажности сухого МК, то есть 1-5%. Экспериментально установлено, что получаемый продукт не смерзается при температурах до минус 40°С.The mechanism of granule formation when mixing MK with water or with solutions of chemical additives is as follows. The atomized liquid droplet enters the mixer and adsorbs the MK to obtain a heavy wet fraction. In the center, its humidity reaches 25-35%, and towards the edges the humidity drops, and at a moisture content of 10-15%, a solid stone is formed - a kind of protective crust. The hardening of MK is associated with its pozzolanic properties. A layer of dry MK is attached to this crust from the outside. Thus, the granule in cross section represents the wet heavy fraction of MK surrounded by a solid protective crust to which a layer of dry MK is attached. Thanks to the "packaging" of the wet part of the heavy MK, the final product has the necessary portability and manufacturability. Its bulk density is 0.45-1.1 g / cm ³ . The angle of repose is 30-35 degrees, that is, the flowability of the obtained MK is close to the flowability of cement. The moisture content of the outer layer of granules is close to the moisture content of dry MK, that is 1-5%. It was experimentally established that the resulting product does not freeze at temperatures up to minus 40 ° C.

При растворении в воде сухой наружный слой гранул хорошо растворяется и участвует в «физическом» воздействии на бетонную смесь. В связи с этим, нет необходимости тщательного измельчения получаемой добавки.When dissolved in water, the dry outer layer of granules dissolves well and participates in the “physical” effect on the concrete mix. In this regard, there is no need for thorough grinding of the resulting additive.

Можно отметить, что «мудрая» природа именно так поставляет нам влажные продукты: апельсины, арбузы и др., упаковывая их полужидкую фракцию в твердые корочки, обеспечивая их транспортабельность и технологичность.It can be noted that “wise” nature supplies us with moist products in this way: oranges, watermelons, etc., packing their semi-liquid fraction in hard crusts, ensuring their transportability and manufacturability.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Принцип осуществления изобретения можно рассмотреть на следующем примере.The principle of the invention can be considered in the following example.

В смеситель емкостью 200 литров загружают 40 кг МК и подготавливают для подачи в смеситель 5 литров воды. При этом будет следующее соотношение компонентов, мас.%:40 kg of MK are loaded into a mixer with a capacity of 200 liters and prepared for supplying 5 liters of water to the mixer. In this case, the following ratio of components, wt.%:

МК 89MK 89

вода 11.water 11.

Для придания добавке пластифицирующих свойств вместо воды приготавливают 30% раствор суперпластификатора С-3 по ТУ 5870-002-58042865-05 на основе полиметиленнафталинсульфонатов или СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05 на основе полиметиленнафталинсульфонатов и лигносульфонатов в количестве 8 килограмм. При этом будет следующее соотношение компонентов, мас.%:To give the additive plasticizing properties, instead of water, a 30% solution of S-3 superplasticizer is prepared according to TU 5870-002-58042865-05 based on polymethylene naphthalene sulfonates or SP-1 according to TU 5870-005-58042865-05 based on polyethylene naphthalene sulfonates and lignosulfonates in an amount of 8 kilograms. In this case, the following ratio of components, wt.%:

МК 83,3MK 83.3

вода 11,7water 11.7

суперпластификатор 5.superplasticizer 5.

Для придания добавке свойств регулятора твердения используем вместо воды 30% раствор ускорителя твердения - "реламикс" по ТУ 5870-002-14153664-04 на основе полиметиленнафталинсульфонатов и балластных солей сероочистки коксового газа в количестве 8 килограмм. При этом будет следующее соотношение компонентов, мас.%:To give the additive the properties of a hardening regulator, we use instead of water a 30% solution of the hardening accelerator - "relamix" according to TU 5870-002-14153664-04 based on polymethylene naphthalenesulfonates and ballast salts of coke oven desulfurization in the amount of 8 kilograms. In this case, the following ratio of components, wt.%:

МК 83,3MK 83.3

вода 11,7water 11.7

ускоритель твердения 5.hardening accelerator 5.

Для придания добавке воздухововлекающих свойств используем вместо воды 20% раствор воздухововлекающей добавки - смолы SDO-L по ТУ 2443-013-10644738-00 на основе смолы древесной омыленной в количестве 8 килограмм. При этом будет следующее соотношение компонентов, мас.%:Instead of water, we use a 20% solution of an air-entraining additive - SDO-L resin according to TU 2443-013-10644738-00 based on saponified wood resin in the amount of 8 kilograms, instead of water. In this case, the following ratio of components, wt.%:

МК 83,3MK 83.3

вода 13,3water 13.3

воздухововлекающая добавка 3,4.air-entraining additive 3.4.

Для придания добавке противоморозных свойств используем вместо воды 20% раствор противоморозной добавки - нитрита натрия в количестве 8 килограмм. При этом будет следующее соотношение компонентов, мас.%:To give the additive antifrosty properties, instead of water we use a 20% solution of an antifrosty additive - sodium nitrite in an amount of 8 kilograms. In this case, the following ratio of components, wt.%:

МК 83,3MK 83.3

вода 13,3water 13.3

противоморозная добавка 3.4.antifrosty additive 3.4.

Дозировки химических добавок определяются в соответствии с рекомендациями по их применению.Dosages of chemical additives are determined in accordance with recommendations for their use.

Выбрав один из вариантов раствора или воду, подают жидкость в смеситель в распыленном виде после включения режима перемешивания. При этом в качестве распылителя используют набор мелких отверстий в замкнутой трубе, куда нагнетается жидкость. Для получения мелких гранул необходимо добиваться мелкого распыления жидкости. Скорость подачи жидкости должна быть согласована со скоростью перемешивания смесителя. Целесообразно обеспечить поглощение распыленных микрокапелек жидкости новым слоем сухого МК в смесителе, то есть площадь распыленной жидкости за время одного оборота смесителя должна быть меньше площади поверхности МК в емкости смесителя. Так, в рассматриваемом примере открытая площадь МК около 0,7 м², скорость вращения вала смесителя - 30 оборотов в минуту, скорость подачи жидкости 0,5 литра в минуту. Через 8-9 минут количество распыленной жидкости составило 10%, при этом насыпная плотность МК повысилась с 0,22 до 0,5 г/см³. Эмпирическая зависимость плотности МК от % содержания воды имеет следующий вид:Having chosen one of the solution variants or water, the liquid is supplied to the mixer in a sprayed form after switching on the mixing mode. At the same time, a set of small holes in a closed pipe, where liquid is pumped, is used as a sprayer. To obtain small granules, it is necessary to achieve fine atomization of the liquid. The fluid feed rate should be consistent with the mixing speed of the mixer. It is advisable to ensure the absorption of atomized liquid microdroplets with a new layer of dry MK in the mixer, that is, the area of atomized liquid during one revolution of the mixer should be less than the surface area of MK in the mixer tank. So, in this example, the open area of the MK is about 0.7 m ² , the rotation speed of the mixer shaft is 30 revolutions per minute, the fluid flow rate is 0.5 liters per minute. After 8-9 minutes, the amount of sprayed liquid was 10%, while the bulk density of MK increased from 0.22 to 0.5 g / cm ³ . The empirical dependence of MK density on% water content is as follows:

Р=Р0+а·W,P = P0 + a · W,

где Р - насыпная плотность МК, г/см³,where P is the bulk density of MK, g / cm ³ ,

Р0 - насыпная плотность сухого МК,P0 is the bulk density of dry MK,

а - коэффициент, равный 0,03-0,04,a is a coefficient equal to 0.03-0.04,

W - относительная доля распыленной воды, %.W is the relative proportion of atomized water,%.

Так, при W=18% и Р0=0,22 г/см³ получаем Р=0,97 г/см³.So, with W = 18% and P0 = 0.22 g / cm ³ we get P = 0.97 g / cm ³ .

Для сравнения влияния неуплотенного МК и МК, приготовленного в соответствии с предлагаемым изобретением, были проведены испытания бетона на прочность. Состав бетонной смеси в обоих случаях был одинаков: цемент - 198 кг, щебень - 830 кг, песок - 500 кг, вода - 167 л, МК - 33 кг. Использовался МК производства ЧЭМК, марки МК-85 по ТУ4325-001-02495336-96. Содержание диоксида кремния - 88%, плотность неуплотненного МК - 0,22 г/см³ (неуплотн. МК). Плотность уплотненного МК, приготовленного в соответствии с предлагаемым изобретением, Р - 0,97 г/см³ (уплотн. МК). Результаты испытаний представлены в таблице.To compare the effects of uncompacted MK and MK prepared in accordance with the invention, concrete tests were carried out for strength. The composition of the concrete mixture in both cases was the same: cement - 198 kg, crushed stone - 830 kg, sand - 500 kg, water - 167 l, MK - 33 kg. Used MK production of ChEMK, grade MK-85 according to TU4325-001-02495336-96. The content of silicon dioxide is 88%, the density of uncompressed MK is 0.22 g / cm ³ (uncompressed MK). The density of the compacted MK, prepared in accordance with the invention, P is 0.97 g / cm ³ (gasket MK). The test results are presented in the table.

ТаблицаTable Вид МКType MK Прочность на сжатие, МПаCompressive strength, MPa O.K., смO.K., cm На 3 суткиOn the 3rd day На 28 суткиOn the 28th day Неуплотн. МКLoose MK 15,715.7 22,522.5 15fifteen Уплотн. МКSeal MK 15,015.0 22,022.0 1616

Представленные результаты показывают, что уплотнение МК по предлагаемому изобретению практически не снижает его активности в бетонных смесях. При этом достижение требуемой технологичности и транспортабельности МК получается с минимальными энергозатратами по сравнению с другими известными способами уплотнения МК.The presented results show that the MK seal according to the invention practically does not reduce its activity in concrete mixtures. At the same time, the achievement of the required manufacturability and transportability of MK is obtained with minimal energy consumption in comparison with other known methods of compaction of MK.

Таким образом, заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретений, поскольку один из заявляемых объектов - способ приготовления добавки в бетонные, растворные и сухие строительные смеси, а второй заявляемый объект - вещество, получаемое по заявляемому способу.Thus, the claimed group of inventions meets the requirement of the unity of inventions, since one of the claimed objects is a method of preparing an additive in concrete, mortar and dry building mixtures, and the second claimed object is a substance obtained by the claimed method.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованиям патентоспособности по критерию новизны, изобретательскому уровню и промышленной применимости.The claimed group of inventions meets the requirements of patentability by the criterion of novelty, inventive step and industrial applicability.

Claims

1. A method of preparing an additive in concrete, mortar and dry construction mixtures containing silica fume, comprising mixing the components of this additive in a mixing device to obtain granules, characterized in that the silica fume is first introduced into the mixing device, then the silica fume is mixed, feeding it into sprayed in the form of water or a solution of a chemical additive - a plasticizing additive or hardening regulator, or an air-entraining additive, or an antifrosty additive, or their mixture and, to obtain granules, and then stop the supply of water or a solution of said chemical additive, microsilica supplied and stirring is continued until the coating layer of a dried wet granulate microsilica, the following component ratio, wt.%:

Water 10-20 Chemical additive 0-15 Silica fume rest

2. The additive in concrete, mortar and dry mortar obtained by the method according to claim 1.