Патент на изобретение №2392243

(54) СОСТАВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к составам бетонных смесей на основе неорганических связующих, содержащих отходы производств, в частности гальванические шламы, и может быть использовано при изготовлении декоративных бетонных строительных изделий и конструкций. Состав для приготовления бетона содержит, мас.доли: цемент – 1, заполнитель – 2,3-2,7, вода – 0,4-0,6 и предварительно прокаленный при температуре 880-900°С цианистый шлам гальванического производства – 0,05-0,15. Технический результат – повышение прочности. 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к составам бетонных смесей на основе неорганических связующих, содержащих отходы производств, в частности гальванические шламы, и может быть использовано при изготовлении декоративных бетонных строительных изделий и конструкций.

Известна бетонная смесь на основе портланд- и шлакопортландцементов, включающая песок, цемент, воду и в качестве добавки шлам гальванического производства в количестве 2-8% от массы цемента, содержащий гидраты оксидов и сульфатов металлов, в мас.% (на сухое вещество): железа 1-28; кальция 22-70; меди 0,2-5,5; цинка 0,2-0,6; хрома 1-11; кадмия 0-1; нерастворимых в кислотах включений 13-46. Введение в состав бетонной смеси шламов гальванических производств указанного состава приводит к повышению прочности бетона на сжатие и изгиб, и, кроме того, позволяет утилизировать отходы гальванического производства (заявка РФ 94003947, опубл. 20.10.1995 г.).

В патенте РФ 2062767 (опубл. 1996.06.27) предложено в сырьевую смесь для изготовления строительных изделий дополнительно вводить шлам от очистки сточных вод гальванического производства следующего состава, мас.%: Fe₂O₃ 1,3-7,0; СаО 6,0-12,5; Cr₂O₃ 1,0-8,5; CuO 0,2-2,0; Al₂O₃ 6,0-10,0; ZnO 0,1-7,0; NiO 0,2-2,0; CdO 0,07-0,1; SiO₂ 8,4-9,5; CaSO₄ 0,5; H₂O 5,2-31,0 в количестве 5-10 мас.% от сырьевой смеси. Это позволяет повысить эксплуатационные свойства строительных изделий – морозостойкость и механическую прочность на сжатие и изгиб, а также утилизировать отходы гальванического производства.

Описанные выше составы для приготовления бетонной смеси характеризуются повышенными эксплуатационными свойствами и одновременно решают задачу утилизации отходов гальванического производства. При этом отходы не являются высокотоксичными.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является композиция для строительных работ (состав для приготовления бетонных смесей), включающая, мас.%: цемент 12-33; мелкий заполнитель 30-62; шлам-отход гальванического производства 7-10, вода – остальное. В качестве мелкого заполнителя используют доменный граншлак и/или керамзит, или смесь одного из указанных мелких заполнителей с кварцевым песком. Используемые в данной композиции шламы гальванического производства, представляющие собой отработанный раствор с промывными водами, имеют следующий состав, мас.%: Ca²⁺ до 50; Fe³⁺, Fe²⁺ до 25; Al³⁺ до 15; SiO₂ до 20; Cr³⁺, Cr²⁺ до 30; Mg²⁺ до 8; (Ni, Cu, Zn) до 8; (Pb, Cd, Hg) до 0,05; сульфаты до 50; фосфаты до 15, карбонаты до 50; влага – остальное (пат. РФ 2074142, опубл. 27.02.1997).

Использование в композиции шлама-отхода гальванического производства решает проблему его утилизации и позволяет снизить стоимость композиции. Однако бетонные изделия, приготовленные из композиции для строительных работ по пат. РФ 2074142 имеют недостаточно высокие показатели прочности бетона на сжатие (38-52 МПа).

Задачей заявляемого изобретения является разработка состава для получения бетона, обладающего более высокой прочностью.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение прочности бетона за счет введения в состав для его приготовления предварительно прокаленного цианистого шлама гальванического производства.

Дополнительными преимуществами заявленного изобретения являются возможность утилизации высокотоксичных цианистых шламов гальванического производства и получение бетона с декоративными свойствами – окрашенного в красный цвет.

Указанный технический результат достигается заявляемым составом для приготовления бетона, включающим цемент, заполнитель, шлам гальванического производства и воду, в котором в качестве шлама гальванического производства используют предварительно прокаленный при температуре 880-900°С цианистый шлам гальванического производства при следующем соотношении компонентов, в массовых долях:

цемент – 1;

песок – 2,3-2,7;

вода – 0,4-0,6;

прокаленный цианистый шлам – 0,05-0,15 на 1 мас. долю цемента.

Цианистый шлам гальванического производства относится к высокотоксичным отходам гальванических производств в силу присутствия в нем как токсичных металлов, так и цианидов.

Основу цианистых шламов гальванического производства составляют смесь ферроцианидов железа (берлинская лазурь и турнбуллева синь) с железным купоросом. Цианистый шлам содержит, мас.%: Cu 0,15; Zn 3,88; Ni 2,28; Cd 12,9; Fe 11,14; Mn 0,21; Cr 1,58; Al 0,7; CN^– (17-21).

Опытным путем установлено, что содержащиеся в шламе ферроцианиды железа устойчивы к разрушению как химическим путем (в частности, обработкой хлорной известью), так и путем электрохимического окисления. Для обезвреживания цианистых шламов предложена термическая обработка предварительно сконцентрированного шлама (освобожденного от излишней влаги) при температуре от 880 до 900°С в течение времени, достаточного для разрушения ферроцианидов железа с образованием неопасных продуктов – оксидов железа, азота и углерода. В результате процесса термического разрушения образуется порошок красного цвета, представляющий собой оксид железа Fe₂O₃, что обеспечивает возможность его использования в составе бетонных смесей в качестве окрашивающего компонента (пигмента).

Для приготовления заявленной бетонной смеси используют стандартную бетонную смесь, включающую цемент, заполнитель, в частности песок, и воду, взятые в массовых долях, равных соответственно 1, 2,3-2,7 и 0,4-0,6, с добавлением предварительно прокаленного цианистого шлама гальванического производства в количестве 0,05-0,15 мас. долей на 1 мас. долю цемента.

Приготовление смеси осуществляется перемешиванием цемента, заполнителя и шлама отхода гальванического производства с водой.

Для приготовления образцов бетонных изделий использовали смесь цемента, песка и воды, взятых в массовых долях, равных соответственно 1; 2,5 и 0,5. Содержание вводимой добавки прокаленного цианистого шлама варьировалось в пределах 0,05-0,15 мас. долей на 1 мас. долю цемента.

Изготовленные из бетонной смеси заявляемого состава образцы в форме куба, а также базовый образец (приготовленный без добавки прокаленного цианистого шлама), были исследованы на прочность на сжатие на прессе ПГ-50.

Испытание бетонных изделий с добавкой прокаленного цианистого шлама и без добавки прокаленного цианистого шлама показало более высокую прочность у образцов бетонных изделий заявленного состава. Так, было показано, что введение продуктов термического разложения цианистых шламов в цементно-песчаную смесь в заявляемом количестве 0,05-0,15 мас. долей на 1 мас. долю цемента приводит к упрочнению бетонных изделий на 4-12% по сравнению с базовым образцом (без добавки), а при введении цианистых шламов в количестве более 0,15 мас. долей на 1 мас. долю цемента прочность бетонных изделий падает, в связи с чем введение шлама в состав бетонной смеси выше 0,15 мас. долей нецелесообразно.

Более того, сравнение показателей прочности образцов, полученных на основе заявленного состава и образцов, приготовленных по прототипу (пат. РФ 2074142), также показало более высокую прочность у образцов бетонных изделий заявленного состава в сравнении с образцами по прототипу.

Таким образом, введение продуктов термического разложения цианистых шламов в цементно-песчаную смесь в заявляемом количестве обеспечивает повышение прочности получаемых бетонных изделий, что и является техническим результатом.

Дополнительно предлагаемое изобретение обеспечивает возможность утилизировать высокотоксичные цианистые шламы гальванического производства и получать бетонные изделия с декоративными свойствами – окрашенными в красный цвет. При этом интенсивность окраски бетонных изделий зависит от количества вводимой добавки прокаленного цианистого шлама в заявляемых пределах.

Возможность осуществления изобретения с получением указанного технического результата подтверждается следующими примерами. Во всех примерах использован портландцемент марки М400, выпускаемый Спасским цементным заводом (Приморский край). Для корректного сопоставления показателей прочности изготавливали образцы заявляемого состава в форме куба с ребром 7×7×7 см, как и образцы по прототипу.

Пример 1. Готовят цементно-песчаный состав, содержащий, г: цемент – 100, в качестве заполнителя – песок 250, воду – 50 (в мас. долях: цемент 1; песок 2,5; вода 0,5). В эту смесь вводят предварительно прокаленный при температуре 900°С цианистый шлам, представляющий собой порошок оксида железа Fe₂O₃ красного цвета, в количестве 5 г (0,05 мас. долей на 1 мас. долю цемента). При изготовлении мелкозернистого бетона используют портландцемент марки М400. Изготовленные образцы в форме куба с ребром 7×7×7 см хранят в ваннах с гидравлическим затвором. После 28 суток нормально-влажностного хранения образцы расформовывают и подвергают испытанию на прессе ПГ-50. Приращение прочности по отношению к образцу без добавки прокаленного цианистого шлама составило 4%. Образец имеет светло-красную окраску.

Основные условия осуществления примеров (1-6) и результаты испытаний полученных образцов включены в таблицу.

Таблица

Как следует их таблицы, средние значения прочности на сжатие образцов по примерам 1-3 заявляемого изобретения (54,3-56,5 МПа) превышают соответствующие показатели для известной композиции (38-52 МПа).

Формула изобретения

Состав для приготовления бетона, включающий цемент, заполнитель, шлам гальванического производства и воду, отличающийся тем, что в качестве шлама гальванического производства используют предварительно прокаленный при температуре 880-900°С цианистый шлам гальванического производства при следующем соотношении компонентов, в массовых долях: