Спосіб активації в’яжучих властивостей мінеральних техногенних продуктів

Реферат: Спосіб термічної активації в'яжучих властивостей мінеральної техногенної сировини у вигляді золи-винос містить оксид кальцію, кремнезем і глинозем, включає нагрів, витримку при зазначеній температурі та подальше охолодження. При цьому золу-винос, до якої додають дрібнодисперсний металевий порошок, нагрівають в печі НВЧ-випромінювання до температури 800-1200 °C протягом 15-20 хв., витримують при зазначеній температурі протягом 3-5 хв., а подальше охолодження проводять в нормальних умовах. UA 117376 U (54) СПОСІБ АКТИВАЦІЇ В'ЯЖУЧИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МІНЕРАЛЬНИХ ТЕХНОГЕННИХ ПРОДУКТІВ UA 117376 U UA 117376 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до промисловості будівельних матеріалів, а саме до способів термічної активації в'яжучих властивостей техногенних мінеральних продуктів у вигляді золи або шлаків (відходи ТЕС), що містять оксид кальцію, кремнезем і глинозем. Відомий спосіб підвищення в'яжучих властивостей мінеральної техногенної продукції, що містить оксид кальцію, кремнезем і глинозем у вигляді доменного гранульованого шлаку, шляхом його нагрівання до 400-800 °C і витримки при зазначених температурах протягом 20 хв. і подальшого природного охолодження [Каушанський В.Є., Боженова О.Ю., Трубіцин А.С. Вплив термообробки шлакової складової портландцементу на його активність. // Цемент і його застосування. 2001. - № 3. - С. 25-26]. Недоліком вказаного способу слід вважати значні енерговитрати ресурсів для термообробки і відносно низький рівень підвищення в'яжучих властивостей суміші, що включає шлак, активований нагрівом. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб термічної активації в'яжучих властивостей мінеральних техногенних продуктів у вигляді золи-винос або шлаків, що містять оксиди кальцію, кремнезем і глинозем, який включає нагрів продукту, витримку при заданій температурі, подальше охолодження та тонке його подрібнення, золу або шлак нагрівають до температури 1200-1350 °C за 3-5 хвилин, витримують при зазначених температурах протягом 510 хвилин, а потім охолоджують до 800-1000 °C за 1-2 хвилини [Патент РФ № 2456251, М. кл. С04В 8/14, опубл. 20.04.2012]. Недоліком вказаного способу слід вважати високу складність та високу енергоємність термічної обробки та додаткового охолодження, відносно недостатній рівень підвищення в'яжучих властивостей золи або шлаку, активованих таким способом нагріву. Разом з тим виникатимуть технологічні труднощі реалізації даної технології через високу дисперсність матеріалів, які розпадаються при нагріві, мають високу міжзернову порожнистість, що потребує додаткового захисту від розвіювання їх часток в повітрі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу підвищення в'яжучих властивостей техногенних продуктів, в якому за рахунок додавання дрібнодисперсного порошку металу (відходи металообробних виробництв) досягають також зміни температурних та часових режимів і можливості зниження енергоємності процесу. Крім цього підвищується технологічність процесу активації. Поставлена задача вирішується тим, що при термічній активації в'яжучих властивостей мінеральної техногенної сировини у вигляді золи-винос, що містить оксид кальцію, кремнезем і глинозем, що включає нагрів, витримку при зазначеній температурі та подальше охолодження, згідно з корисною моделлю, золу-винос, до якої додають дрібнодисперсний металевий порошок, нагрівають в печі НВЧ-випромінювання до температури 800-1200 °C протягом 15-20 хв., витримують при зазначеній температурі протягом 3-5 хв., а подальше охолодження проводять в нормальних умовах. Можливість практичної реалізації заявленого способу активації мінеральної техногенної сировини підтверджується наступним прикладом. Приклад. На етапі підготовки сухої суміші було відібрано 90 % золи і 10 % металевого порошку за сумарною масою компонентів. Перемішану до однорідного стану суміш опромінювали в мікрохвильовій печі і протягом 15 хвилин (середнє значення температури суміші + 850 °C). Витриману в печі протягом 5 хв. після опромінення суміш охолоджували в нормальних умовах. Дослідження ефекту активації суміші техногенних продуктів проводились порівнянням гідравлічної міцності на стиск стандартних зразків-балочок при співвідношенні 1 частина суміші золи-винос і металевого порошку та 3 частини стандартного піску та при постійному водотвердому відношенні (В/Т=0,66) за стандартною методикою випробування цементу (ДСТУ Б В.2.7-187:2009). Для проведення досліджень і оцінки ефекту активації використовувались звичайна суміш золи-винос і металевого порошку, суміш активована з використанням НВЧ-випромінення та суміш термоактивована у високотемпературній електропечі (найближчий аналог). Таблиця Результати випробовування зразків Температура активації, °C неактивована Початок Густина* золи винос Щільність зразків, тужавіння, год. 3 3 г/см кг/м хв. 1315 5 год. 45 хв. 1,88 1 Міцність при стиску, МПа 0,36 UA 117376 U Продовження таблиці 620** 850** 1240** 600 1200 Найближчий аналог ((RU) №2456251) 1310** 1281** 1208** 1200 1200 4 год.55 хв. 4 год. 25 хв. 4 год. 00 хв. 5год. 45 хв. 5 год. 30 хв. 1,76 1,82 1,98 1,73 1,70 0,52 0,54 0,62 0,32 0,37 * - насипна густина матеріалу; ** - суміш золи винос і металевого порошку активована НВЧ опроміненням. 5 10 15 20 25 30 35 40 Отримання позитивного ефекту активації суміші техногенних продуктів в процесі поглинання НВЧ-випромінювання обумовлено тим, що рух диполів (полярних молекул чи інших відокремлених груп атомів) набуває певну орієнтацію, пов'язану з характером накладеного поля. Хаотичність обертального (і коливального) руху молекул приводить до виділення теплової енергії. При частоті 2,45 ГГц орієнтація диполів молекул і їх розупорядкування може відбуватися кілька мільярдів разів в 1 секунду, що і призводить до внутрішнього тертя молекул та швидкого розігріву опроміненого матеріалу. Ефект зростання дисперсності та гідравлічної активності золи-винос після її термоактивації пов'язаний саме з тим, що поглинання НВЧ-випромінювання забезпечує молекулам певну свободу їх обертального (коливального) руху. Якщо диполь пов'язаний з матрицею жорстко і такі коливання слабкі, то і помітного поглинання енергії не відбувається. Застосування електромагнітного опромінення НВЧ діапазону відображатиметься на змінах фізико-хімічних процесів, що відбуваються в різних діелектричних матеріалах при їх нагріві в порівняні із звичайним нагрівом. Крім цього наявність рівномірно розподілених включень в сухій суміші дисперсного металевого порошку сприятиме виникненню внутрішніх центрів мікролокальних розігрівів продукту за рахунок процесів взаємодії електромагнітних хвиль з провідниковим компонентом. Отриманий ефект зростання гідравлічної активності золи пояснюється збільшенням її дисперсності та фазовими змінами в її складі. Крім цього при нагріванні суміші можливе утворення додаткових гідравлічних фаз у вигляді силікатів і алюмоферитів кальцію за рахунок алюмосилікатного скла золи, що взаємодіє з вільним вапном, яке входить до її складу. Під дією НВЧ опромінення і високої температури можлива активація аморфного SiO2 (оксиду кремнію) і руйнація мікросфер частинок золи-винос, що сприяє зростанню гідравлічної активності золи і проявляється в зростанні швидкості тужавіння зразків суміші та її механічної міцності. Застосування НВЧ-опромінення суміші золи-винос і металевого порошку запропонованим способом дозволить збільшити активність реакційноздатних компонентів, вивільнених в результаті терморуйнації склоподібних оболонок техногенного продукту при введенні до його складу розчину мінерального в'яжучого. Найбільший ефект слід очікувати при використанні НВЧ-активованої суміші при температурі, що перевищує 1200 °C. Очікується, що застосування додаткового спільного помелу активованої суміші з клінкером в порівнянні зі шлаком (відвальні продукти діяльності ТЕС) буде менш енерговитратним процесом. Ефективність перетворення енергії електричного поля в тепло зростає прямо пропорційно частоті коливань і квадрату напруженості електричного поля. Практично до будь-якої ділянки матеріалу передається НВЧ енергія і НВЧ нагрів забезпечує можливість практично миттєвого вимикання теплового впливу на матеріал. НВЧ нагрів має високий ККД перетворення НВЧ енергії в теплову енергію, теоретичне значення ККД близьке до 100 %, а теплові втрати у підвідних трактах зазвичай мінімізовані, стінки хвилеводів і робочих камер залишаються практично холодними. Очікувана економія традиційних мінеральних в'яжучих (портландцементи) у складі будівельних сумішей може становити до 30 % в результаті використання корисної моделі як активної добавки в клінкерних цементах і до 45 % в результаті використання корисної моделі як в'яжучого у складі будівельних розчинів. 45 2 UA 117376 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб термічної активації в'яжучих властивостей мінеральної техногенної сировини у вигляді золи-винос, що містить оксид кальцію, кремнезем і глинозем, що включає нагрів, витримку при зазначеній температурі та подальше охолодження, який відрізняється тим, що золу-винос, до якої додають дрібнодисперсний металевий порошок, нагрівають в печі НВЧ-випромінювання до температури 800-1200 °C протягом 15-20 хв., витримують при зазначеній температурі протягом 3-5 хв., а подальше охолодження проводять в нормальних умовах. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3