Спосіб одержання формованих виробів

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для получения прочного, плотного, водо-, термои коррозионностойкого искусственного камня, например, строительных блоков, кирпича, черепицы, строительных конструкций на основе цементов, гипсов, шлакощелочных вяжущих, известняков, а также отходов производств, обладающих потенциальными вяжущими свойствами. Изделия, полученные методом прессования, характеризуются повышенной прочностью по сравнению с трамбованными или литыми, полученными по обычной технологии. Известен способ получения неорганического строительного материала, в котором, с целью повышения прочности изделия, массу прессуют и выдерживают при температуре 40 - 70°C в течение 6 - 12час (Заявка ПНР №268617, кл. C04B). Недостатком этого способа является необходимость перегрузки отпрессованных изделий в пропарочные камеры длительные временные затраты на изготовление и недостаточная плотность и прочность материала. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения формованных изделий (Авт. св. СССР №1393823, кл. C04B28/34, опубл. 17.07.88, Бюл. 17), согласно которому, сухое кислое фосфатное связующее в количестве 3 - 65мас.% и наполнитель (оксиды щелочных или щелочноземельных металлов, оксиды редкоземельных элементов или иттрия) тща тельно перемешивают, засыпают в прессформу, прессуют под давлением 30 - 90МПа при температуре 30 - 120°C и времени выдержки 0,5 15мин. После прессования получаются прочные заготовки, не нуждающиеся в сушке, т.к. не содержат несвязанной воды. Однако применение этого способа ограничено, так как при получении формованных изделий из составов, содержащих в качестве связующего минеральные вяжущие материалы, он не приводит к упрочнению материалов, тек как этой технологией не учитываются процессы гидратации, протекающие в вяжущи х и приводящие к получению прочного искусственного камня. В основу заявляемого изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения формованных изделий на основе минеральных вяжущи х ве ществ (могут также использоваться промышленные отходы, обладающие потенциальными вяжущими свойствами, например, отходы углеобогащения и/или производства глинозема из бокситов, отходы асбестоцементного производства и др.) повышением их плотности, прочности, термической и коррозионностойкости за счет изменения режимов проведения процессов изготовления изделий. При этом вводимые компоненты способствуют протеканию процессов гидратации и действуют как ускорители структурообразующи х процессов в минерально-водных дисперсиях, что порождает устойчивые новообразования, способствующие однородности, упорядочению структуры искусственного камня, разрушению временных непрочных связей в процессе прессования с образованием постоянных устойчивых контактов, обеспечению перестройки низкотемпературных новообращений в устойчивые при более высоких температурах. Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения формованных изделий, заключающемся в подготовке дисперсной смеси, включающей связующее и наполнитель, содержащий соединения щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, прессования заготовок при повышенной температуре, изотермической выдержке, согласно настоящему изобретению, смесь, содержащую минеральные вяжущие вещества и наполнитель, затворяют водой или 10,0 - 95,0% - ным водным раствором неорганических солей, при соотношении жидкое/твердое не превышающем 0,2, после чего смесь выдерживают в течение 0,5 60,0мин и осуществляют прессование при давлении 5 - 300МПа и температуре 20 - 250°C с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 0,5 60,0мин, при этом скорость подъема температуры составляет 5 - 15°C/мин. Способ предусматривает также использование отходов промышленности, обладающих потенциальными вяжущими свойствами, например, отходов углеобогащения и/или производства глинозема из бокситов, отходов асбестоцементного производства. Их используют как с целью экономим вяжущего, так и для утилизации отходов. Наполнитель в виде добавки неорганической соли щелочных, щелочноземельных или редкоземельных металлов, вводимый в сухом виде или в качестве водного раствора, действует как ускоритель структурообразующи х процессов в водно-вяжущей дисперсии. Вода способствует протеканию процессов гидратации, в результате которых вяжущее твердеет. Предварительная выдержка затворенного материала позволяет проводить прессование изделий в конце периода формирования структуры (между началом и концом схватывания), когда можно разрушить рыхлую алюминатную структур у вяжущего и тем самым увеличить прочность искусственного камня. Изотермическая выдержка изделий в пресс-форме при максимальной температуре способствует стабилизации структуры каркаса новообразований. Все перечисленные действия в комплексе позволяют получить плотные, прочные, водо-, термо-, коррозионностойкие формованные изделия. В результате материал приобретает повышенную прочность и стойкость в различных условиях, эксплуатации. Используемые материалы соответствуют стандартам: химические соли, преимущественно щелочных и щелочноземельных металлов - ГОСТы на хч соли; кристаллы, существуют в природе, растворяются в воде, в промышленности строительных материалов используются для регулирования сроков схватывания, как противоморозные добавки; в настоящем изобретении использованы хлориды, сульфа т, карбонаты, серосодержащие кислые соли, силикаты натрия, калия, кальция; цементы - ГОСТ 969 - 77 (глиноземистый и его разновидности), ГОСТ 10178 - 86 (портландский, пуццолановый, шлакопортландский); дисперсные порошки, выпускаются промышленностью марок от 300 до 550, используются для изготовления железобетонных конструкций, блоков, плит и др.; вяжущие ГОСТ 254 - 86 (известковопуццолановые, известково-шлаковые), ГОСТ 125 - 86 (гипс строительный), ТУ 31 - 77 (гипс технический высокопрочный, ТК 4 - 77 (высокообжиговый гипс); дисперсные материалы, выпускаются промышленностью для изготовления ненесущи х конструкций, для отделочных работ; отходы промышленности, обладающие потенциальными вяжущими свойствами многотоннажные продукты, сберегаются в отвалах преимущественно в сухом виде; некоторые из них; красный шлам отход производства глинозема из бокситов, характеризуется постоянным химическим составом, содержанием полуторных оксидов и тонкой дисперсностью; в настоящее время широко не используется, но предложено применение его в качестве компонента сырьевой цементной смеси (Новые цементы / Под ред. А.А. Пащенко. - К.: Будивельнык, 1978. - С.5 - 10). Отходы углеобогащения - по составу неоднородны, минеральная часть их состоит из аргиллитов, алевротитов, песчаников; используют в качестве топливной или, реже, минеральной добавки при производстве керамики (Ми хайлов В.И. Опыт использования углесодержащмх отходов Донбасса в производстве кирпича // В научн.-те хн. реферат. сборнике "Промышленность строительных материалов". Сер.11. - Вып.6. - М., 1985 - С.18 - 19), а также для подсылок объектов в дорожном строительстве (Чистяков Б.З., Лялинов А.Н. Использование минеральных отходов промышленности - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - С.140); твердые отходы асбестоцементного производства некондиционные асбестоцементные изделия, состоят из волокон асбеста и затвердевшего цемента, для последующего применения требуют измельчения, используют как добавку при производстве асбестоцемента. Способ получения формованных изделий осуществляют следующим образом. Используемое минеральное вяжущее (отход производства) смешивают с неорганической солью щелочных, щелочноземельных или редко земельных металлов, а затем затворяют водой или же сразу затворяют 10,0 - 95,0% - ным водным раствором неорганической соли. При этом соотношение жидкое/твердое не превышает 0,2. Тщательно перемешивают и выдерживают в течение 0,5 - 60,0мин, затем загружают в прессформу (предварительно нагретую до температуры 20 - 100°C), прессуют под давлением 5 - 300МПа и температуре 20 - 250°C. Длительность изотермической выдержки при максимальной температуре прессования 0,5 60,0мин, скорость подъема температуры 5 18°C/мин. Ниже приведены примеры выполнения изделий. В качестве связующего предлагается использовать шлаки доменные гранулированные производства черных и цветных металлов. В качестве примера рассмотрены формованные изделия, содержащие шлак доменный липецкого производства (химический состав, мас.%: SiO2 = 37,93: Al2O3 - 16,68; CaO - 41,52; Fe2O3 - 0,18; MnO - 0,57; MgO - 1,46; K2O - 0,52; Na2O = 0,47; SO3 = 0,16) или шлак мариупольского производства (химический состав, мас.%: SiO2 = 38,48; Al2O3 = 5,94; CaO = 42,4; TiO 2 = 0,11, FeO = 0,37; Fe 2O3 = 0,54; MnO = 0,35, MgO = 5,28; K2O = 0,50; Na2O = 0,46; P2O5 = 0,02; SO 3 =3,37; H2O = 0,69; п.п.п. = 1,01). В качестве связующего (минерального вяжущего) использовали производственные отходы: красный шлам Днепровского алюминиевого завода (химический состав, мас.%: SiO2 = 10,5, TiO2 = 5,0; Al2O3 = 18,0; Fe2O3 = 41,0; CaO = 8,0; Na2O = 6,5; P2O 5 = 0,25; V2 O5 = 0,25, п.п.п. = 10,5); отходы углеобогащения, представленные карбонатными породами различными по степени загрязненности песками и глинами; мергели, мергелистые известняки, доломитизированные мергели и мергелистые глины, доломиты, известняки (содержание CaCO3 в 62 - 94%, MgO = 0,8 - 19,8%); отходы производства асбестоцемента, содержащие гидратированный цемент и асбест, песок (характерной особенностью является присутствие волокнистых направленных частиц асбеста). Для исследования готовили образцы цилиндрической формы диаметром равным высоте и составляющим 2,12 × 10-2м. Оценку прочностных характеристик формованных изделий после изготовления производили согласно ГОСТ 310.4 - 81, ГОСТ 1252 - 86 на ПСУ50. Определение коррозионной стойкости проводили по методике Скрамтаева Б.Г. (Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущи х материалов. - М.: Высш. шк., 1973. 504с.). Вычисляли коэффициент коррозионной стойкости (Kс) после 72 циклов увлажнения - высушивания изделий в 5% - ном растворе Na2SO4. Водостойкость определяли как отношение прочности изделия, твердевшего в воде в течение 28сут., к прочности изделия, твердевшего на воздухе. Данные представлены в таблицах. Приведенные данные показывают, что во всех случаях предлагаемый способ изготовления формованных изделий повышает плотность, прочность, водо-, термо-, коррозионностойкость искусственного камня на основе минеральных вяжущи х веществ, в том числе отходов промышленности, обладающих потенциальными вяжущими свойствами, от 2 до 20 раз по сравнению с прототипом и от 2 до 70 раз по сравнению с камнем, полученным из минеральных вяжущи х по те хнологии прототипа. Предлагаемый способ может использоваться для получения высокопрочных долговечных формованных изделий в промышленных условиях на существующем оборудовании, составленном в необходимую технологическую линию. Использование промышленных отходов позволяет уменьшить расход цемента при сохранении прочностных характеристик формованных изделий и сократить количество площадей, используемых в качестве отвалов.