ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 1997 года по МПК C04B7/28 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе высококальциевой буроугольной золы, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, а также строительных растворов.

Известно вяжущее, включающее высококальциевую топливную золу и хлоридсодержащую добавку, например хлорид кальция или хлорид магния (1, 2). Известно также вяжущее, содержащее высококальциевую золу и гипсосодержащую добавку (3). Недостатками обоих видов вяжущих являются пониженная прочность, а также неравномерность изменения объема при содержании в золе свободного оксида кальция более 15%
Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос, гипс, хлорид кальция и известковый компонент (4).

Недостатками известного вяжущего также являются неравномерность изменения объема, пониженные прочность и морозостойкость при твердении в условиях пропаривания, особенно в случаях высокого содержания в буроугольной высококальциевой золе-уносе медленногидратирующихся частиц свободного оксида кальция (более 15-18%), вызывающих деструктивные явления в материале в процессе твердения. Это исключает возможность эффективной утилизации высококальциевой буроугольной золы.

задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении равномерности изменения объема, повышении прочности и морозостойкостивяжущего при твердении как в нормальных условиях на воздухе и в воде, так и при тепловлажной обработке пропариванием при 80-100^oC. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов вяжущего, обеспечивающей максимальное использование гидравлической химической активности буроугольной высококальциевой золы и исключения отрицательного влияния частиц свободного оксида кальция на формирование структуры и прочности вяжущего. При этом для получения вяжущего, превосходящего по показателям прочности, морозостойкости, равномерности изменения объема известные бесклинкерные вяжущие на основе высококальциевой золы, может использоваться буроугольная зола с содержанием свободного оксида кальция до 32% то есть с наиболее высоким его содержанием, известным в настоящее время по результатам многочисленных анализов золы-уноса бурых углей Канско-Ачинского бассейна.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос, гипс, хлорид кальция и известковый компонент, в качестве известкового компонента содержит известковый алевролит при следующем соотношении компонентов, мас. гипс 2,5-3,5, хлорид кальция 0,5-1,5, известковый алевролит 25-33, высококальциевая зола-унос - остальное. При этом высококальциевая зола-унос содержит свободный оксид кальция в количестве 16-322 мас.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что полиминеральный вещественный состав вяжущего и соотношение его компонентов обусловливают в свою очередь многофазный состав гидратированного вяжущего камня. Новообразования в последнем представлены гидросиликатами, гидроалюминатами, гидросульфоалюминатами, гидрохлоралюминатами, гидрогранатами, карбонатом кальция и др. При этомособенность процесса твердения вяжущего состоит в том, что уже в начальной его стадии формируется прочная кристаллизационная структура, в частности, в результате взаимодействия активных фаз золы и гидроокиси кальция, образующейся при гидратации частиц свободного СаО, с активными кремнеземом и карбонатом алевролита. Значительное влияние на формирование структуры и прочности вяжущего оказывает процесс карбонизации гидроокиси кальция углекислотой воздуха с образованием карбоната кальция. При этом частицы карбонатной фазы алевролита выполняют роль центров кристаллизации в процессе карбонизации, приводящем к уплотнению структуры камня.

Установлено, что роль хлорида кальция в составе вяжущего состоит не только во взаимодействии с остеклованными частицами свободного оксида кальция золы и нейтрализации их отрицательного влияния на структуру материала, но и в ускорении достижения повышенной начальной прочности вяжущего, так называемой критической прочности. Исследования показали, что в присутствии хлорида кальция в вяжущем в условиях тепловлажностной обработки при взаимодействии карбонатной фазы алевролита с кремнеземом происходит образование гидросиликата кальция, основного новообразования в создании прочности материала.

Присутствие гипса в системе также способствует ускоренному нарастанию прочности вяжущего за счет образования сульфатосодержащих комплексных соединений.

В отличие от золы алевролит характеризуется высокой размолоспособностью, пониженной твердостью, что обусловливает полидисперсность вяжущего и прерывистость его гранулометрического состава, которая оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры затвердевшего вяжущего вследствие более плотной укладки частиц. Опыты показали, что при равных затратах энергии на помолкомпонентов предложенного вяжущего достигается его удельная поверхность 550-600 м²/кг, тогда как при получении обычного цемента (портландцемента) 320-350 м²/кг.

Прерывистость гранулометрии вяжущего и возможность получения высоких значений удельной поверхности являются важными факторами достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Состав и особенности процесса твердения вяжущего позволяют достигнуть более высокой степени равномерности изменения его объема и повысить связанные с этим свойством прочность и морозостойкость материала. Это обусловлено тем, что замедленная гидратация остеклованных и пережженных частиц свободного оксида кальция происходит в уже сформировавшейся структуре камня, обладающего критической прочностью, при которой не наблюдается существенных деформаций затвердевшего вяжущего. Даже при использовании золы с содержанием свободного СаО, равным 32% относительная деформация расширения образцов вяжущего не превышает 0,5% что соответствует требованиям ГОСТ 25816-83 "Зола-унос тепловых электростанций для бетона. Технические условия".

Оптимальность пределов содержания компонентов вяжущего выбрана из условий получения наименьших значений деформаций расширения вяжущего и наибольших значений его прочности и морозостойкости.

Для получения предлагаемого вяжущего применяют высококальциевую буроугольную золу-унос Березовской ГРЭС-1, имевшую удельную поверхность 265 м²/кг и содержание СаО_общ 39,8-54,7; СаО_св 16,3-32,3; MgO 4,5-6,0; SiO₂ 15,5-21,6; Al₂O₃ 6,9-10,3; Fe₂O₃ 6,7-12; N₂O+K₂O 1,2-1,8; SO₃ 2,6-4,9; П.П.П. 1,2-5,8; известковый алевролит в виде щебня из карьера г.Шарыпово, Красноярского края, имеющего химический состав, CaO 10,3; MgO 1,1; SiO₂ 62,7; Al₂O₃ 8,9; Fe₂O₃ 2,5; N₂O+K₂O 3,6; SO₃ 0,01;П.П.П. 9,8; двуводный гипс и хлорид кальция. Готовят три смеси компонентов, содержащие мас. золу-унос 62-72, известковый алевролит 25-33, двуводный гипс 2,5-3,5, хлорид кальция - 0,5-1,5 (составы 1-3), соответственно с использованием проб золы-уноса с содержанием свободного СаО 16,3% 25% и 32,2% Одновременно готовят две смеси компонентов вяжущего с запредельным содержанием золы, алевролита и добавок (составы 4 и 5) для подтверждения оптимальности. Кроме того, готовят два известных состава вяжущего с использованием золы-уноса с содержанием свободного СаО 16,3% и 32,2% (соответственно составы 6 и 7).

Смеси компонентов подвергают совместному помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности 550 м²/кг. Для определения свойств полученных вяжущих готовят образцы-балочки 4х4х16 см при соотношении вяжущее песок 1:3 и водовяжущем отношении, равном 0,4. Образцы готовят и испытывают в соответствии с ГОСТ 310,3-76 и ГОСТ 310.4-81 "Цементы. Методы испытания". Равномерность изменения объема вяжущих контролируют путем кипячения в воде образцов-лепешек из теста нормальной густоты, а также путем определения относительных деформаций расширения образцов призм 2,5х2,5х28 см испытанием в пропарочной камере и в автоклаве по ГОСТ 25818-91.

Образцы при испытании на прочность выдерживают в воде при 20-25^oC, а также пропаривают при 80^oC по режиму 3 ^oC 10 ^oC 3 ч и испытывают в возрасте 3 сут и 28 сут.

Испытание образцов на морозостойкость осуществляют по ГОСТ 7025-78 в возрасте 28 суток.

Конкретные составы вяжущих приведены в табл.1, а результаты испытаний в табл.2.

Как видно из табл.2, предлагаемое вяжущее характеризуется по сравнению с известным более высокой прочностью и морозостойкостью, отличается пониженными деформациями расширения. Предлагаемое вяжущее является вяжущим гидравлического твердения и способно твердеть как в воде и на воздухе, так и в условиях пропаривания. Это расширяет область его применения.

Получение предлагаемого вяжущего позволяет расширить области эффективного использования высококальциевой золы от сжигания Канско-Ачинских бурых углей.

Предлагаемое вяжущее может быть использовано для изготовления тяжелого бетона марки до 500. Себестоимость производства вяжущего в 2-3 раза ниже по сравнению с портландцементом.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе высококальциевой буроугольной золы. Вяжущее может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, твердеющих в нормальных условиях, а также при пропаривании. Вяжущее включает высококальциевую золу-унос, гипс, хлорид кальция и известковый компонент. Новым является включение в вяжущее в качестве известкового компонента известкового алевролита при следующем соотношении компонентов, мас. %: гипс 2,5-3,5; хлорид кальция 0,5-1,5; известковый алевролит 25-33; высококальциевая зола-унос - остальное. При этом высококальциевая зола-унос содержит свободный оксид кальция в количестве 16-32 мас.%. 2 табл.

1 1. Вяжущее, включающее высококальциевую зону-унос, гипс, хлорид кальция и известковый компонент, отличающееся тем, что в качестве известкового компонента оно содержит известковый алевролит при следующем соотношении компонентов, мас.3 Гипс7 2,5 3,53 Хлорид кальция7 0,5 1,53 Известковый алевролит 7 25 333 Высококальциевая зола-унос7 Остальное2 2. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что высококальциевая зола-унос содержит свободный оксид кальция в количестве 16 32 мас.