Результат интеллектуальной деятельности: АРБОЛИТОВАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении материалов на основе древесных заполнителей.

Известна сырьевая смесь для изготовления арболита, включающая цементное вяжущее, древесный заполнитель и минерализатор (И.Х. Наназашвили. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. - Л.: Стройиздат, 1990, с. 99-105).

Недостатком известной сырьевой смеси является необходимость предварительной обработки древесного заполнителя для нейтрализации выделяющихся из древесины «цементных ядов» - водорастворимых редуцирующих веществ, негативно влияющих на цементное вяжущее в связи с неполной его гидратацией, а также использование в качестве вяжущего портландцемента - дорогостоящего материала, применение которого в составе на древесном заполнителе к тому же малоэффективно в связи с неполной гидратацией из-за влияния «цементных ядов».

Известна сырьевая смесь для изготовления арболита, включающая древесный заполнитель, замачиваемый в течение часа, который затем отжимают на центрифуге в течение 5 мин, а затем смешивают с добавками, цементом и водой (Авторское свидетельство СССР №1534031, дата приоритета 20.07.1987, дата публикации 07.01.1990, авторы: Власкин В.И., Горев В.Я., RU).

Недостатком известной сырьевой смеси является необходимость предварительной обработки древесного заполнителя с использованием специального оборудования (центрифуги, насосы и др.), создающего дополнительные энергетические затраты.

В качестве прототипа принята сырьевая смесь, не содержащая портландцемент, состоящая из опилок хвойных пород, золы-уноса от сжигания углей КАТЭК и углесодержащего жидкого стекла, синтезированного из отходов кремниевого производства - микрокремнезема и содержащего примеси графита и карборунда (Патент РФ №2130438 С1, дата приоритета 18.07.1997, дата публикации 20.05.1999, авторы: Карнаухов Ю.П. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа является сложность подготовки сырьевой смеси согласно составу, так как предполагается предварительно получить жидкое стекло из микрокремнезема, а кроме того, древесный заполнитель перед использованием необходимо увлажнить до влажности 10%, что усложняет технологию. При этом прочностные показатели арболита недостаточно высокие.

Задачей изобретения является использование в составе сырьевой смеси для арболита древесного заполнителя, получаемого на основе переработанных древесных отходов, а не из деловой древесины, и экономичного бесцементного вяжущего, создание более дешевого строительного материала с обеспечением прочностных характеристик и плотности, снижение энергозатрат при производстве арболита и утилизация отходов.

Для решения поставленной задачи арболитовая смесь, включающая древесный заполнитель, минеральное вяжущее и воду, согласно изобретению в качестве древесного заполнителя она содержит вторичный древесный заполнитель фракции 0,315-20 мм, полученный при переработке отработанных древесно-стружечных плит, а в качестве вяжущего - бесцементную зольно-кремнеземистую композицию, состоящую из высококальциевой золы-уноса, микрокремнезема, являющегося отходом производства кристаллического кремния, и солевых минерализованных стоков - отхода производства цветной металлургии, получаемых в результате нейтрализации промышленных стоков металлургического производства - попутного продукта аффинажа цветных и драгоценных металлов известковым молоком, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный древесный заполнитель 20-24; высококальциевая зола-унос 37-43; указанный микрокремнезем 2,3-2,8; указанные солевые минерализованные стоки 0,9-1,0; вода остальное

Традиционный древесный заполнитель для арболита, получаемый из различных древесных пород, наряду с присущими ему ценными свойствами, такими как низкая плотность, недефицитность, хорошая смачиваемость, легкость обработки, имеет и такое отрицательное качество, как повышенная химическая активность, обусловленная наличием в составе древесины легкогидролизумых и экстрактивных веществ - «цементных ядов», представленных в основном легкорастворимыми простейшими сахарами: сахарозой, глюкозой, фруктозой. «Цементные яды», состоящие в основном из углеводородных групп НСОН, осаждаясь на поверхности частичек минералов цемента 3CaOSiO₂ (трехкальциевый силикат) и 3CaOAl₂O₃ (трехкальциевый алюминат), образуют тончайшие оболочки, которые изолируют частицы цемента от воды, замедляют ход процессов гидролиза и гидратации цемента.

В связи с этим древесный заполнитель для успешного и безвредного применения в арболите необходимо предварительно готовить - либо вымачивать в горячей воде, что способствует растворению и вымыванию экстрактивных веществ, либо обрабатывать их минерализаторами - специальными веществами.

Для уменьшения отрицательного влияния водорастворимых экстрактивных и легкогидролизуемых веществ на свойства древесно-цементных композиций применяются различные способы и технологические приемы, сущность которых заключается в частичном удалении этих веществ из древесного заполнителя, в переводе простейших сахаров в нерастворимые или безвредные для цемента соединения. В целом все эти приемы называются «минерализацией» древесного заполнителя и предусматривают достаточно сложные технологические процессы, требующие многоступенчатой обработки заполнителя различными химикатами с последующим кипячением или промывкой, выдержки в силосах для стабилизации его свойств или сушки и др.

С этой точки зрения заслуживает внимания использование в технологии арболита и изделий из него вторичного древесного заполнителя, не содержащего «цементных ядов», в частности, полученного из отслуживших свой срок древесно-стружечных плит. ДСП изготавливают на основе древесной щепы, по дисперсности и гранулометрическому составу аналогичной древесному заполнителю для арболита. В результате технологических операций, осуществляемых при изготовлении ДСП, древесная щепа содержит минимальное количество экстрактивных веществ, сопоставимое с содержанием их в древесном заполнителе после вылеживания в течение 12 месяцев, как показано в табл. 1.

В качестве вяжущего в заявляемой арболитовой смеси использована бесцементная зольно-кремнеземистая композиция. Основным компонентом бесцементной композиции в сырьевой смеси заявляемого состава является высококальциевая зола-унос, обладающая вяжущими свойствами, что предопределяет ее использование в качестве вяжущего вещества. Отрицательным свойством высококальциевой золы-унос, которое сдерживает ее массовое применение, является наличие в ней оксида кальция в свободном состоянии (СаО_своб.) в виде частиц, покрытых остеклованной оболочкой, что делает ее труднодоступной для контакта с водой в начальные сроки взаимодействия. Это приводит к гидратации оксида кальция в позднем возрасте, когда основная масса уже затвердела и может растрескаться при переходе СаО в Са(ОН)₂ сопровождающимся увеличением объема.

Для ликвидации негативного влияния СаО_своб на процессы гидратации и улучшение свойств зольного теста и камня в зольную смесь вводится микрокремнезем, являющийся отходом производства кристаллического кремния и состоящий из аморфного кремния и химически активного SiO₂. Наличие этих компонентов в составе МК и введение его в состав бетонной смеси способствует связыванию СаО в Са(ОН)₂ и плотные и прочные гидросиликаты, что в целом нейтрализует негативное влияние СаО_своб.

С целью интенсификации твердения зольного камня и повышения прочностных характеристик зольно-кремнеземистой композиции дополнительно используют отход производства цветной металлургии - солевые минерализованные стоки, получаемые в результате нейтрализации промышленных стоков металлургического производства - попутного продукта аффинажа цветных и драгоценных металлов известковым молоком с последующим упариванием.

Результатом является то, что в сырьевой смеси ускоряются процессы гидратации в начальные сроки и сразу после изготовления изделий, обеспечивая при этом раннее структурообразование смеси, а также ускоренный набор прочности материала и ликвидацию негативного влияния СаO_своб.

Сырьевыми материалами для арболитовой смеси предлагаемого состава являлись: вторичный древесный заполнитель фракции 0,315-20 мм, полученный при переработке отработанных древесно-стружечных плит; высококальциевая зола-унос сухого отбора Красноярских ТЭЦ, микрокремнезем Братского алюминиевого завода марки МК-85 и солевые минерализованные стоки Красноярского завода цветных металлов.

Свойства сырьевых материалов приведены в табл. 2 и 3.

Приготавливают сырьевую смесь для арболита следующим образом. Утилизируемые древесно-стружечные плиты поступают на пост обработки, где происходит удаление с поверхности плит защитного полимерного слоя при помощи специальной резательной и отшлифовочной установок, которые обрабатывают лицевые и торцевые стороны ДСП. Дальше по конвейеру ДСП подается на первичную переработку в двухвальный шредер с вертикальной загрузкой, серии ДШВ, предназначенный для измельчения древесины, древесных отходов, где за счет движущихся навстречу друг другу валов происходит измельчение. Благодаря двум валам, плавно движущимся навстречу друг другу, захват сырья происходит эффективно и независимо от его размеров и форм. Таким образом достигается максимальный эффект измельчения, при котором дробление сырья не вызывает много шума и выделения пыли.

Затем для окончательного измельчения кусковая масса ДСП поступает в молотковую дробилку, где и происходит окончательное измельчение.

Полученная древесная дробленка фракции 0,315-20 мм через циклон-успокоитель транспортируется по трубопроводу в бункер, а затем в дозатор и смеситель для приготовления арболитовой смеси.

Параллельно готовят зольно-кремнеземистое вяжущее путем смешивания микрокремнезема, золы, воды и солевых стоков. Затем в вяжущую композицию подают древесный заполнитель и перемешивают до однородного состояния. В дальнейшем изготовление изделий из арболитовой смеси заявляемого состава производится по традиционным режимам, принятым на производстве.

Арболитовая смесь готовится при следующем соотношении компонентов, мас. %: вторичный древесный заполнитель 20-24; высококальциевая зола-унос 37-43; микрокремнезем 2,3-2,8; солевые минерализованные стоки 0,9-1,0; вода остальное.

Примеры составов и свойств арболита приведены в табл. 4.

Арболит, полученный из смеси заявляемого состава, характеризуется в соответствии с ГОСТ 19222 классом по прочности В 1,5 - В 3,5 и имеет марку по плотности от 600 до 850, может использоваться для изготовления мелкоштучных стеновых изделий.

Разработанная арболитовая смесь является более экономичной, чем известные, благодаря использованию вторичного древесного заполнителя и бесцементного вяжущего, полученного на основе отходов промышленности, что позволяет получать арболитовую смесь и изделия из нее без применения традиционного древесного заполнителя, требующего предварительной обработки, и цементного вяжущего, нестойкого к действию экстрактивных веществ древесины, экономит энергоресурсы и сокращает трудоемкость изготовления изделий из арболита.

Использование вторичного древесного заполнителя, золы-унос, микрокремнезема и солевых стоков также позволяет улучшить экологическую обстановку за счет утилизации отходов промышленности - металлургической и топливно-энергетической, расширить номенклатуру эффективных и экономичных строительных материалов.