Способ обработки кварцевого песка

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ(22)Заявлено 16.01.81 (2) 3239883/29-33с присоединением заявки ЭЙ, Ьеударетакааый квинтет СССР пе делан азабретенкй и еткеытнй.2(088.8) Опубликовано ,15, 12, 82 . Бюллетень М 46 Дата опубликования описания 17 . 12 .82 А.И. Бережной, Л.Н. Овчаренко, Б.И. Радви С.С. Комиссарчик и В,И. Ткаченкордена Ленина политехническийна и,Украинский научно-иссле итут газовой промышленности) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КВАРЦЕВОГО ПЕСК исИзобретение относится к строительству, а более конкретно к технологии силикатных материалов, и может найти применение в процессах крепления глубоких буровых скважин и в производстве строительных изделий.Известен способ обработки песка в целях его активации путем механической обработки в смеси с цементом и раствором извести 13,Активация поверхности песка дости- . гается ввиду удаления загрязнений с поверхности заполнителя, невелика и сравнима с повышением активности заполнителя после его отмывания от глинистых и органических примесей.Кроме того, осуществление этого спо" соба активации возможнотолько в процессе приготовления .бетонной смеси, 20 что усложняет технологический процесс.Известен способ обработки песка в целях его активации путем измель 2чения его вплоть до частиц коллоидных размеров2 3Аморфизация поверхности, т.е.кажение кристаллической решетки в поверхностных слоях зерен при -тонком измельчении способствует повышению реакционной способности песка.Однако промышленное осуществление этого способа затруднено ввиду отсутствия на предприятиях специального оборудования.Наиболее близок к изобретению способ обработки кварцевого песка, включающий нагревание песка и последующее охлаждение раскаленного песка водой. Активация песка достигается за счет увеличения его поверхности при :растрескивании зерен3 3Недостатком известного способа является .то, что в результате помола песка до заданной дисперсности эффект его активации уничтожается.при равной поверхности продуктов помола активированного и обычного песков.3 98127Химическая активность молотоголеска имеет большое значение в цементно-песчаных композициях, например,для крепления буровых скважин, гденизкая активность кварцевого наполнителя существенно ухудшает физико-механические свойства бетона.Цель изобретения - повышение реакционной способности песка,Поставленная цель достигается 6способом обработки кварцевого .песка,включающим нагревание песка и после,дующее охлаждение раскаленного пескаводой, нагревание песка осуществляетдо температуры 1000-1200 фС, а послеохлаждения песок измельчают до удельной поверхности 2800-3500 см/г.Микроскопическое изучение в иммерсии образцов кварцевых зерен, предварительно подвергнутых нагреву при 20разных температурах и охлаждению вводе ( закалка ) показало, что зерна,закаленные в интервале температур1000-1200 С, содержат кварц в о(;Форме. В результате резкого охлаждения 5кварцевых зерен, нагретых до этихтемператур, перестройка кристаллической решетки из с- в р-форму не успевает произойти, элементы с-Формы замораживаются и сохраняются в метаста- ЗОбильном состоянии при низкой температуре. Метастабильное состояние кварцевых зерен обуславливает их высокуюреакционную способность. В отличиеот известного способа, операция помолапеска, закаленного при высоких температурах, не устраняет эффект повышенияего реакционной способности. В рассматриваемом случае этот эффект связан не с увеличением поверхности зерен песка, а со структурными измене"ниями кристаллической решетки кварца,Влияние закалки на химическую активность кварцевого наполнителя исследовалось в цементно-песчаных составах, предназначенных для тампонирования глубоких газовых скважин.Активированный наполнитель готовят следующим образом.Кварцевый песок Безлюдовского мес- В торождения нагревают со скоростью 200-250 С/час до температуры 100.1200 С и выдерживают 2 ч при заданной температуре, затем в раскаленном состоянии высыпают в воду. Максимальная темпе- Ы ратура нагрева песка не должна превышать 1200 фС, иначе наступает спекание зерен. После охлаждения песок высушивают и измельчают до удельной поверхности цемента (5 = 2800-3500 см//г), Затем кварцевый наполнитель смешивают с портландцементом в различныхсоотношениях и затворяют водой. Дляиспытаний. готовят образцы-балочки размерами 4 х 4 х 16 см.Образцы твердеют 10 ч в автокпавепри температуре 100 С и давлении500 атм. Влияние температуры нагревакварцевого песка на свойства бетонного камня указаны в табл. 1,Из табл. 1 .следует, что существенная реакционная способность песка наступает в интервале. температур 10001200 С, Это согласуется с данными микроскопических исследований, которыеподтверждают преобладание кварца во-форме.,Из табл. 1 следует также, что закалка песка при температуре, превышающей 1200 С, сопровождается снижением прочности и возрастанием газопроницаемости цементного камня, Это можно объяснить увеличением содержаниясЬ-тридимитовой фазы в кварце, нагретом до температур, превышающих1200 С, Удельный объем с-тридимитазначительно превышает объем кварцав с форме, что приводит к растрескиванию кварцевых зерен, т.е. появлению в них сети тончайших трещин. Этосопровождается снижением механическойпрочности и плотности цементно-песчаных образцов,Влияние скорости нагрева до температуры 1200 С на свойства %тонного камня указано в табл, 2.Как следует из данных табл, 2,скорость нагрева песка не влияет существенно на газопроницаемость цементного камня о С точки зрения прочности образцов оптимальной являетсяскорость нагрева в пределах 20020 С/час, что вероятно, соответствуетнаиболее полной перестройке кварца ввысокотемпературную фазу.Влияние удельной поверхности закаленного при 1200 С молотого кварцевого песка на свойства бетонного амня указано в табл. 3, из которой сле"дует, что нижним пределом дисперсностимолотого песка после охлаждения является 2800 см /г. Ниже этого преде 2ла цементно-песчаный раствор плохоудерживает воду (увеличивается водоотдача раствора ), что приводит к увеличению пористости и газопроницаемос5 981276 6ти бетонного камня, а такжек сниже- го камня указано в табл. 4, из котонию его прочности. рой следует, что наиболее оптимальПомол песка до дисперсности выше ным является состав тампонажного раст см /г также снижает механичес- вора, включающий 20-30 кварца вйкие характеристики цементного камня, 3 Ы-Форме.так как удельная поверхность песка Активация песка позволяет повысить становится настолько велика, что по" раннююпрочность цементного камня в является большое количество зерен , средйем на 204, а газопроницаемость песка, не контактирующих с цементом. снизить в 2-3 раза.Это снижает прочность и плотность 1 Оцементного камня. Применение предлагаемого способаЦлияние состава компонентов тампо- позволяет повысить плотность и прочнажного раствора на свойства бетонно- ность цементного камня.Фбк х с М о к. о ц ХФ ЗУ 1Э Х 1 т Ю аЮ а Ф о о 1 1СЧ СЧ а о 1 СЧ Ю а 1 Ю а 111 1 111 1 1 11 ОСО ХО1ОРо Э а В оО 3 з о.1 Э Е 33 а фЮ В СЧ т" м (31 сО л Фаь 1см м СО СОь Фь СЧ СО л3 333 а о ф 3" О Щ а3 :Т, Х Х о 3аСЧ1 О о Х хф о 3о. о о х ф 1- - Х О Э а СЧь Э а :ь 1" 3 с Э 3- а с У 3Ф а Э ф о ф ЩФ. фее -ае О:т 27 Э 3- ЩСО У 3- о еох - О 3- ОСЛО фон аф с о Х Э СЕ о сХ 1,ОТаблица 2 981276 Состав раствора, вес.3 Скорость нагрева пескаперед закал"кой з С/час Иеханические характеристики бетонногокамня Температура закалки, С Цемент Песок( 3000 см /г и в е и юК, Ид мсхфИПа Ф , г ююиите4 в 1200 18,3 150 35 То же 200 18,4 18,4 3,4 250и3 -18,1 300 шяи 3,7 1300 200 18,0кщи 4,2 1400 17;8 и43 Таблица 3 Удельная поверхность молотогопеска, см /г Иеханические характеристики Параметры раствора г/см см/30 с 33; см Газопрони- Рсцаемость, ИПаИд 2500 1 б 2 18 1 67 2617 1,78 24 18,3 2800 18 1,82 18 18 1,88 12 3500 к 15,8 4000 5,1 н ьиФ ю Сроки схватывания при 100 С 1 ч-мин ) Состав раствора, вес. Параметры раствора Ь,см/30 сЬ, см Песок, молотый до удельной ловерхности 5 = 3000 см/г Цемент Начало Конец а юе гебез закалки закалка при1200 фС 24 . 1,82 27 21 1,79 27 22 .1 82 24 19 1,81 2320 1,79 22 20 . 1,83 20 2-20 1"50 2-20 7 4 . 2013 2 э 7 1-50 2-20 6,0 23 2 Зе 4 1-45 2-30 1 "55 2-10 1 "50 20 2-10 235 90 152 16 Состав раствора,вес,ФЦемент Песок 10085 1585.80 208075 25 ТаблицагЕ фйэ Неханические характеристики цементно" го камняФ"сф изгеНд НПа НПа 5,6 22,2 3,2 8,5 17,4 2 2 3,8 21,8 3,5.12 981276 ЕеааэВфайавйееа е е е в ее ще Состав раствора, аес.Ф Механические характеристики цементного камня Параметры раствора Сроки схватывания при 100 С (ч"мин ) Песок, молотый до удельной Поверхности З Зааа см 2/г Э, см Ь,см /30 сгсм Начало Конец сДа1 саМПа К, Мд мФебеа закалки закалка лри1200 оС в магМПа а18 , 1,83 20 1-50 2-00 186 30 75 3,2 70 30 20 ч. 1,78 .19 2-10 2-40 9,4 16,6 1,8 70 2 20 2 6 18 4 2 6 21 1,83 20 30 1 "50 50 50 23 1,86 22 2"20 2"40 . 113 12,4 22.50 ф 2-20 4,3 14,7 22 . 1,84 21 2"00 5 а ФЕЕ Ф а й Ф ав а Ьа а вИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе формула . изобретения20Способ обработки кварцевого песка, включающий нагревание песка и последующее охлаящение раскаленного песка водой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения реакционной способности песка, нагревание песка .осуществляют до температуры 1000- 1200 С, а после охлаждения. песок измельчают до удельйой поверхности 2800- 3500 см/г. 30 1. Авторское свидетельство СССРмф 393235кл, с 011 В 13/00, 1974. 2. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов, И., Стройиздат, 1972, с. 55.3. Авторское свидетельство СССР Й 32363, кл. С 04 В 13/12, 1931 прототип). Составитель М. Хитрова Ревактор Н Швывкая Техреа М Надь Корректор М Коста Заказ 961332 Тираж 641 , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ИОД Иосква ЖРаущская наб.дд 4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,