СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
CONSTRUCTION MATERIAL

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам строительных растворов и бетонов, в состав которых входят отходы производства.
Известен строительный материал, содержащий цемент и в качестве затворителя воду (Ванюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980, с. 69-92).
Недостатком указанного состава являются замедленные сроки схватывания, так как при затворении цемента водой процессы гидратации его минералов и последующего набора прочности происходят медленно. Так, нормативный возраст достижения марочной прочности бетона, находящегося в нормальных условиях (температура 20°С и влажность более 95%), составляет 28 суток, что в современных условиях считается неприемлемым.
Уменьшает этот недостаток наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому строительный материал, содержащий цемент и затворитель в виде водного раствора плавиковой кислоты с концентрацией кислоты в пределах 0,25÷1,5% (патент РФ №2467969. Химическая добавка для ускорения твердения цемента. МПК С22В 22/08 от 10.09.2012).
Недостатками наиболее близкого аналога являются опасные условия работы, сложный и вредный процесс получения затворителя, загрязнения окружающей среды. Плавиковую кислоту получают из минерального сырья - плавикового шпата при обработки его серной кислотой с дальнейшей переработкой по сложной экологически опасной технологии.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение безопасности получения строительного материала, упрощение его производства, улучшение экологической обстановки окружающей среды.
Поставленная задача решается тем, что строительный материал, включающий цемент, затворитель, заполнитель, согласно предлагаемому решению в качестве затворителя он содержит техногенный раствор, образующийся в результате переработки карбонатного маргацевосодержащего сырья по солянокислотному методу с рН=10÷10,3, с солесодержанием 50÷150 г/л при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цемент
14÷16
затворитель
6,25÷10,4
заполнитель
остальное
Переработка карбонатных марганцевых руд или концентратов включает выщелачивание марганца растворами соляной кислоты с последующим осаждением марганца из полученного раствора известковым молоком:
3
2
2
2
MnCO+2HCl=MnCl+HO+CO
2
2
2
2
MnCl+Са(ОН)=Mn(ОН)+CaCl
2
2
Таким образом, получается осадок марганцевого концентрата Mn(ОН) и отход - раствор соли CaCl. Помимо этого в растворах содержится незначительное количество примесей марганца (примерно 0,08 г/л).
После отделения осадка марганцевого концентрата маточные растворы и растворы после его промывки имеют высокое солесодержание раствора хлористого кальция - 50÷150 г/л.
Использование техногенного раствора с содержанием от переработки марганцесодержащего сырья по солянокислотному методу технологии позволяет улучшить экологию окружающей среды и устранить свойственное наиболее близкому аналогу вредное влияние плавиковой кислоты на обслуживающий персонал.
Концентрация солей в этих растворах определяется оптимальными параметрами технологических процессов переработки исходного марганцесодержащего сырья и количеством циклов оборота растворов. Такие техногенные растворы не подлежат сбросу в окружающую среду из-за высокого солесодержания и высокого показателя рН=10-10,3 и остаточного содержания марганца - до 5 мг/л, т.е. этот раствор существуют как отход, требующий утилизации.
Увеличение количества затворителя более 10,4 масс. % приводит к снижению прочностных свойств строительного материала в связи с чрезмерно жидкой консистенцией смеси, уменьшение его менее 6,25 масс. % приводит к недостаточному количеству жидкой фазы для смачивания сухих ингредиентов.
Увеличение количества цемента в материале более 16 масс. % нецелесообразно, т.к. это приведет к перерасходу цемента и возникновению в материале трещин, уменьшение его менее 14 масс. % приводит к снижению прочности ввиду невозможности склеивания компонентов.
Использование техногенного раствора с рН менее 10 ведет к уменьшению прочности строительного материала, а использование раствора с рН более 10,3 невозможно получить технологически.
Строительный материал получают следующим образом.
Вначале смешивают отдозированные сухие ингредиенты, а именно цемент и заполнитель, в течение примерно 60 секунд в механической мешалке. После этого вводят заявленное количество затворителя и снова перемешивают в той же мешалке в течение 5 минут. После перемешивания производят выгрузку из мешалки полученной готовой смеси.
Согласно предлагаемому решению были приготовлены строительные материалы - бетонные смеси, содержащие портландцемент марки 400 Коркинского цементного завода и наполнитель - песок и щебень. В качестве затворителя применялись техногенные растворы от переработки марганцесодержащего сырья с содержанием раствора хлористого кальция 50÷150 г/л и марганца до 0,005 г/л. Из полученных смесей были изготовлены образцы - кубики с размером ребра 0,1 м. Часть этих образцов подвергли пропарке, а другую часть оставили на 28 суток для твердения. Затем были проведены испытания на прочность. Для сравнения были получены аналогичные образцы по способу, в котором в качестве затворителя использовалась вода.
Данные испытания сведены в таблицу.
Предлагаемый строительный материал найдет применение при производстве строительных материалов и бетонных смесей при использовании отходов производства с улучшением окружающей среды.