Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ГРУБОГО ВОЛОКНА ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИБРЫ

Изобретение относится к технологии получения строительной фибры из техногенных отходов для дисперсного армирования в целях упрочнения и повышения в несколько раз стойкости фибробетона (по сравнению с железобетоном) к растрескиванию, изгибающим и разрывным нагрузкам, создания необходимого запаса прочности и сохранению целостности конструкции при сквозных трещинах, а также для значительного уменьшения массы строительных конструкций.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения фибры путем подачи базальтовой породы в плавильную печь, содержащую указанные компоненты в следующих количествах, мас. %: SiO₂ - 48,4; Al₂O₃ - 12,6; Fe₂O₃ - 14,6; FeO - 11,9; CaO - 6,2; MgO - 4,8; Na₂O - 1,0; K₂O - 0,5. Последующего нагрева породы до температуры плавления и вытягивание с получением непрерывного волокна диаметром 20-400 мкм [1].

Недостатком данного способа является необходимость непрерывной намотки первичной нити намоточным агрегатом. При такой толщине волокна возможно частная остановка оборудования вследствие ее обрыва, намоточный агрегат значительно увеличивает стоимость готового продукта. Стекловидная поверхность фибры при данным способе не обеспечивает ее эффективную работу в бетоне вследствие недостаточной адгезии фибры к бетонной матрице.

Известен способ модификации поверхности углеродного волокна, включающий в себя две стадии обработки эпоксидной смолой с последующей промывкой в специальном устройстве и сушкой при высоких температурах в сушилках [2].

Недостатком известного способа модификации поверхности волокна является высокая потеря волокон во время технологических операций и снижение их прочности после температурной обработки, большой объем энергозатрат при массовом производстве.

Известен способ модификации поверхности базальтового волокна, включающий придание сложной формы поверхности за счет травления кислотой, формирование на поверхности базальтового волокна группы Si-OH через окислительные реакции и затем депонирование Fe<3+> ионов на поверхности базальтового волокна носителя с помощью катион способа осаждения [3].

Недостатками известного способа являются нестабильность поверхности волокна, перманентные окислительно-восстановительные реакции на его поверхности, уменьшение прочности базальтового волокна вследствие травления кислотой.

Известен способ производства минеральных волокон путем подачи смеси из порошкообразного минерального сырья и воздуха в модуль расплава, оборудованный плазмотроном. Данное устройство содержит графитовый электрод и катод, вмонтированные в дно модуля. Воздействие плазменной струей на минеральное сырье и расплав обеспечивает равномерную вязкость до момента вытягивания волокон [4].

Недостатком известного способа является отсутствие воздействия плазмы на фибру, плазменный поток воздействует исключительно на минеральный расплав, что может достигаться другими способами, а качество поверхности фибры не отличается от фибры, полученной стандартными способами.

В основу изобретения поставлена задача использовать при изготовлении неорганического волокна квалифицированные техногенные отходы различного металлургического производства, например никелевого, титанового и горнодобывающего, например асбестового, производства.

Оптимальное сочетание температурных режимов плавильной печи химического состава материалов для изготовления волокна позволяет заменить материал фильерного блока с платиноиридиевого сплава на жаропрочные стали.

Уменьшение количества технологических операций при производстве фибры из грубого волокна позволяет значительно сократить количество и стоимость технологического оборудования.

В основу изобретения также положена задача модификации поверхности минерального волокна низкотемпературной плазмой для увеличения адгезионных свойств фибры к бетонной матрице.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения неорганического волокна путем подачи минералов в плавильную печь, получения расплава, его гомогенизации, подачи в зону формирования волокна для вытягивания его из расплава используют отходы металлургического производства, например шлак никелевого производства, титаномагнетитовые пески, а также отходы горнодобывающей промышленности - серпентиниты, а диапазон диаметра грубого волокна составляет 50-350 мкм.

Поставленная задача решается также тем, что в технологическую схему производства, в высокотемпературной зоне, непосредственно примыкающей к зоне выхода волокна из фильерного блока, встраивается блок обработки поверхности грубого волокна низкотемпературной плазмой с рабочим напряжением в электродной системе 50-75 кВ.

Благодаря указанному способу изменяется схема производства фибры (рисунок 1), концептуально решаются вопросы массового экономически выгодного производства армирующих волокон различного состава и требуемых свойств, в том числе химически стойких, водостойких и др. Для применения на ГТС, в промышленном и гражданском строительстве.

Основными преимуществами разработанных концептуальных технологических решений производства грубой фибры является повышение производительности, отказ за счет организации непрерывного производства фибры от использования группы технологических операций и соответствующих видов оборудования, что ориентировочно снижает стоимость технологического оборудования специализированного производства фибры на 90% по сравнению со стоимостью оборудования традиционного производства тонкого базальтового волокна.

Дополнительными преимуществами разработанных концептуальных технологических решений являются:

- значительное расширение ассортимента материалов для производства грубого волокна (использование квалифицированных крупнотоннажных техногенных отходов черной и цветной металлургии и горнодобывающей промышленности) за счет снятия ограничений, накладываемых платиновыми материалами фильерных блоков;

- повышение адгезионных характеристик получаемого волокна за счет модификации поверхности волокон низкотемпературной плазмой и исключения использования замасливателей;

- резкое снижение брака;

- использование трудноутилизируемых отходов;

- снижение стоимости готовой продукции (фибры).

Кроме того, экспериментальная проверка введения модифицированной фибры в бетон показала увеличение основных показателей качества бетона, таких как прочность на сжатие и прочность при изгибе в среднем на 10-15%.

Способ получения фибры путем подачи минералов в плавильную печь, получения расплава, его гомогенизации и вытягивания непрерывных волокон из фильер питателя с последующей рубкой без предварительной намотки отличается тем, что в качестве минералов берут техногенные отходы.

Предложен способ получения фибры путем подачи минералов в плавильную печь, где обработка волокна низкотемпературной плазмой для повышения эффекта модификации поверхности волокна производится в высокотемпературной зоне, примыкающей к зоне выхода из фильер. Рабочее напряжение на электродной системе составляет 50-75 кВ, режим работы блока обработки низкотемпературной плазмой частотно-импульсный квазинепрерывный.

Источники информации

1. RU №2418752.

2. CN103757924(A).

3. CN102887575(A).

4. RU №2355651.