ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 1997 года по МПК C04B28/04 C04B28/04 C04B22/06 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при возведении сборных и монолитных конструкций.

Известно введение к клинкерному цементу минеральных добавок природного происхождения, которые уменьшают расход цемента и повышают свойства бетонов и строительных растворов. Природные добавки представляют собой породы осадочного и вулканического происхождения. Количества их составляет 10 50% от массы вяжущего [I]
Наиболее близким решением по технической сущности к заявленному является гидравлическое вяжущее, включающее (мас.) портландцементный клинкер 57-75, двуводный гипс 3-5, активные минеральные добавки природного и искусственного происхождения 20-40.

Такое вяжущее рекомендуется применять как строительный материал для подземных и подводных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия мягких пресных вод и при сульфатной коррозии. Не рекомендуется применять в морозостойких бетонах, условиях попеременного увлажнения и высушивания [2]
Техническим результатом от применения предлагаемого вяжущего является снижение водопотребности цементного теста, повышение его пластичности, а также повышение прочности бетона при изгибе и его морозостойкости.

Это достигается тем, что гидравлическое вяжущее, включающее портландцементный клинкер, двуводный гипс и минеральную добавку, содержащий в качестве последней брекчии смешанного состава на основе субщелочных андезитов и дацитов при следующем соотношении компонентов, мас.

портландцементный клинкер 59,5-81,5
двуводный гипс 3,0-3,5
брекчии смешанного состава на основе субщелочных андезитов и дацитов - 15,0-37,0
Брекчии смешанного состава являются обломочными горными породами, обломки которых состоят из субщелочных андезитов и субщелочных дацитов. Они имеют литокластическую, псевдопсаммитовую структуру. Преобладает кластическая часть (от 70 до 90% обломков). Обломки размером 0,1 см до 3-4 см, угловатой, овальной или неправильной формы. Редко наблюдаются кристаллы и обломки полевого шпата. Обломки тесно соприкасаются друг с другом, местами разделены связующей непрозрачной массой, соссюритоподобной и лейкоксенизированной. В процентном отношении обломки субщелочных аедезитов занимают 10-40% объема породы (в среднем 32%), обломки субщелочных дацитов 25-60% (в среднем 47%), непрозрачная связующая масса составляет 8-30% объема породы (в среднем 18%), обломки кристаллов полевого шпата 2-6% (в среднем 3%).

Связующая масса содержит различное количество (5-30%), в среднем 15% микролитов полевого шпата и хлорита, хаотически расположенных, либо ориентированных в одном направлении, остальное (85%) тонкая кристаллитовая масса. Структура основной массы в литообломках пилотакситовая, микролитовая, апогиалиновая. Вкрапленники составляют 10-30% (в среднем 20%) от объема обломков, имеют размер 0,1-0,3 мм, представлены полевым шпатом (анортоклазом). Текстура обломков миндалекаменная. Миндалины сложены светло-зеленоватым хлоритом, находящимся в тесной ассоциации с лейкоксанизированным рудным веществом.

В связующей массе наблюдаются участки гидротермальной переработки, где фиксируется совместное нахождение микролитов полевых шпатов (30%), цеолитов (10-40% ), в среднем 30% и остальное 40% непрозрачная соссюритоподобная и лейкоксенизированная масса. Цеолиты бесцветные или слегка буроватые относятся к ломонтит-шабазитам (линии рентгенограмм 2,13; 2,85; 4,04; 4,72; 7,08 ).

Средний химический состав брекчий смешанного состава, мас. SiO₂ 63,19, Al₂O₃ 14,62, Fe₂O₃ + FeO 6,42, MnO - 0,15, MgO 0,82, СaО 2,34, Na₂O + K₂О 7,9% (Na₂О 5,5, K₂О 2,4), ТiO₂ 0,78, P₂O₅ 0,3, п.п.п. - 3,48.

Колебание содержаний окислов в породах составляет, мас. SiO₂ - 58-65,11, Al₂O₃ 14,01-15,06, Fe₂O₃ + FeO - 5,6-6,71, MnO 0,15, MgO 0,71-0,85, СаО 2,11-2,72, Na₂O + K₂О 6,1-8,3, ТiO₂ 0,60-1,01, P₂O₅ 0,3, п.п.п. 2,1-4,1.

В пробах массой от 150 кг и выше содержание окислов при помоле и перемешивании усредняется и соответствует среднему химическому составу, приведенному выше.

Физические свойства бракчий смешанного состава:истинная плотность 2,6 г/см³, средняя плотность 2,52 г/см³, твердость 4,5-5,0 (по шкале Мооса); породы являются экологически чистыми, содержание металлов в пределах кларков для средних пород радиоактивность 8-9 мкр/час. Гидравлическая активность пород обеспечивается связующей массой обломков пород, средний состав которой, мас. SiO₂ 62,9, Al₂O₃ 14,71, Fe₂O₃ + FeO 6,49, MnO 0,15, MgO 0,80, СaO 2,46, Na₂O + K₂O 8,0, ТiO₂ 0,74, P₂O₅ 0,3, п.п.п. 3,45. Это связно, судя по результатам электронно-микроскопических, рентгеноструктурных исследований и микрозондирования, с неупорядоченным распределением атомов алюминия, кремнезема, натрия, кальция в кристаллической решетке микролитов и кристаллов.

В шлифах, сделанных из камня, цемента + молотой предлагаемой горной породы, под микроскопом (при увеличении в 200-500 раз) видны мелкие частички связующей массы обломков пород, которые обволакиваются зернышками цемента. При этом граница между этими частицами и цементным тестом размыта, часто сформирована новая граница, (после 28 и более суток твердения между ними происходит диффузия, взаимодействие одной фазы с другой).

Судя по рентгеноструктурному анализу, помол и истирание породы частично аморфизует связующую массу обломков и приводит к разрыву значительного количества связей на атомном уровне между Al, Са, Ka, K, Si и O и образованием отрицательных и положительных ионов, что создает повышение ее активности. Заметный вклад в гидравлическую активность вносит поверхностная аморфизация частиц связующей массы обломков. Толщина поверхностного аморфизованного слоя достигает 500 .

Замечено (по точечному микрозондированию), что в приконтактовой зоне образуются низкоосновные гидросиликаты и восьмиводные двухкальциевые алюмосиликаты. Низкоосновные гидросиликаты кальция благотворно влияют на водостойкость и повышают морозостойкость затвердевшего бетона или строительного раствора; аморфные гидратные новообразования в дальнейшем приводят к увеличению прочности при изгибе затвердевшего бетона.

Введение в состав вяжущего горных пород брекчий смешанного состава, менее 15% и более 37% то есть за пределами указанных соотношений (см. табл. 1), в первом случае приводит к тому, что гидравлическое вяжущее по своим свойствам не отличается от портландцемента М 400. Увеличение породы в составе вяжущего более 40% приводит к резкому снижению прочности за счет увеличения образования рыхлых аморфных гидроалюмосиликатов кальция в затвердевшем строительном бетоне и за счет того, что в цементном камне частицы связующей массы обломков полностью не обволакиваются гидратированным цементом (не хватает объема гидратированного цемента); см. табл. 2.

Приготовление вяжущего осуществляют совместным помолом в шаровой мельнице портландцементного клинкера, двуводного гипса и горных пород брекчий смешанного состава до удельной поверхности 3500-5000 см²/г (по ПСХ-2). Полученное смешанное гидравлическое вяжущее применяется для получения растворов и бетонов марок не более 400. Сроки хранения вяжущего такие же, как и у цемента, и зависят от упаковки и влажности окружающей среды.

Использование: промышленность строительных материалов, в частности производство вяжущего, используемого при возведении сборных и монолитных конструкций. Сущность изобретения: гидравлическое вяжущее включает в мас.%: портландцементный клинкер 59,5-81,5, двуводный гипс 3,0-3,5, брекчии смешанного состава на основе субщелочных андезитов и дацитов 15-37. Гидравлическое вяжущее применяют для получения растворов и бетонов марок 400. Введение брекчий смешанного состава снижает водопотребность цементного теста с 25,6% до 24,3% и пластифицирует вяжущее со 110 мм до 128 мм (по расплыву конуса). При наличии в вяжущем 37% горной породы - брекчий смешанного состава - прочностные показатели выше или равны контрольным, причем в большей степени повышается прочность при изгибе (в 1,4 раза); морозостойкость строительных растворов на предлагаемом вяжущем достигает 140 циклов. 2 табл.

Гидравлическое вяжущее, включающее портландцементный клинкер, двуводный гипс и минеральную добавку, отличающееся тем, что в качестве минеральной добавки оно содержит брекчии смешанного состава на основе субщелочных андезитов и дацитов при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцементный клинкер 59,5 81,5
Двуводный гипс 3,0 3,5
Брекчии смешанного состава на основе субщелочных андезитов и дацитов - 15,0 37,0л