СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО Российский патент 1997 года по МПК C04B7/52 

Настоящее изобретение относится к цементным композициям на основе портландцементного клинкера, характеризующимся высокой прочностью и низкой водопотребностью.

Известно введение водного раствора суперпластификатора в гидравлический цемент при его измельчении [1] в количестве 0,6.1,0 весовых процента в расчете на сухое вещество суперпластификатора. К сожалению, вводимая вместе с раствором суперпластификатора вода ухудшает условия помола и технические показатели конечного цемента.

Известно также вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера и обожженных глин [2]
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ приготовления вяжущего, включающий перемешивание портландцементного клинкера, гипса, активной минеральной добавки на основе глинистых соединений и суперпластификатора [3] Недостатком указанного способа является то, что активные минеральные добавки, имеющие слоистую структуру типа глин, характеризуются высоким коэффициентом размалываемости и при одинаковых условиях помола удельная поверхность этой добавки значительно превышает удельную поверхность клинкерного компонента вяжущего. В результате, ухудшаются условия протекания механохимической реакции между клинкером и суперпластификатором, а удельная поверхность вяжущего в целом оказывается очень высокой, хотя сам клинкер измельчен как в обычном портландцементе. Одновременно растет водовяжущее отношение композиций на основе получаемого по известному решению вяжущего и не удается достичь высоких показателей растворных и бетонных смесей по прочности и долговечности (например, морозостойкости), характерных для составов вяжущего с активной минеральной добавкой, близкой по своей размолоспособности к клинкеру (доменный граншлак). Указанное обстоятельство не позволило получать составы ВНВ с глинистыми активными минеральными добавками с содержанием этой добавки в составе вяжущего более 15% и характерными для ВНВ низкими показателями водовяжущего отношения и высокими показателями по прочности и долговечности.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка последовательности операций, позволяющих получать ВНВ с высоким содержанием глинистого компонента и основными показателями на уровне соответствующих показателей ВНВ с активными минеральными добавками типа доменного гранулированного шлака, близкого по своей размолоспособности к клинкеру.

Для решения поставленной технической задачи сначала измельчают смесь портландцементного клинкера, гипса и суперпластификатора до получения смеси с удельной поверхностью 3000.3500 см²/г по Блейну, а затем полученный продукт доизмельчают совместно с активной минеральной добавкой, представляющей собой обожженный при 550-950^oC глинистый сланец, содержащий, в процентах по массе: SiO₂ 50.54; Al₂O₃ 18.22; Fe₂O₃ 9.10; CaO 0,5.0,9; MgO 2.4; R₂O - 1,5.2,5; TiO₂ 0,5.1,2; неидентифицированные остальное; до достижения клинкерным компонентом вяжущего удельной поверхности 4000.5500 см²/г, а обожженный глинистым сланцем 6000.9000 см²/г по Блейну.

Существенным отличительным признаком настоящего изобретения является использование в качестве глинистого компонента обожженного глинистого сланца определенного химического состава, указанного выше. Это позволяет существенно увеличить количество вводимого глинистого компонента в состав вяжущего без ухудшения его показателей по прочности и долговечности, однако обычное одновременное смешение всех компонентов вяжущего при помоле не позволяет получить характерных для ВНВ высоких значений прочности и показателей долговечности, а также низких значений водовяжущего отношения. Добиться таких высоких показателей оказалось возможным только путем одновременного использования еще одного существенного отличительного признака настоящего изобретения предварительного помола портландцементного клинкера, гипса и суперпластификатора до величины удельной поверхности смеси 3000.3500 см²/г по Блейну, с последующим доизмельчением полученного продукта с обожженным глинистым сланцем до достижения клинкерным компонентом вяжущего удельной поверхности 4000. 5500 см²/г, а обожженным глинистым сланцем 6000.9000 см²/г по Блейну. Если величина удельной поверхности предварительно измельченной смеси клинкера, гипса и суперпластификатора будет менее 3000 см²/г или более 3500 см²/г, то не удается добиться указанной выше оптимальной удельной поверхности клинкерного и глинистого компонентов конечного вяжущего низкой водопотребности, что приводит к повышению водовяжущего отношения и ухудшению технических характеристик вяжущего. Только совокупность указанных отличительных признаков позволяет решить поставленную техническую задачу.

Сущность изобретения заключается в том, что при получении промежуточного вяжущего путем совместного помола клинкера, гипса и суперпластификатора помол ведут таким образом, чтобы примерно 70.80 мас. суперпластификатора вступило в механохимическую реакцию с портландцементным клинкером, что соответствует величине удельной поверхности промежуточного вяжущего 3000.3500 см²/г. Оставшийся свободный суперпластификатор почти весь связывается при домоле с обожженным глинистым сланцем, который в отличие от известных ранее минеральных добавок такого рода довольно активно связывает при помоле молекулы суперпластификатора. Данный процесс происходит, по-видимому, благодаря высокому содержанию оксида железа в обожженном глинистом сланце, а также значительной степени аморфизации сланца вследствие определенных режима обжига и химического состава. При полном механохимическом связывании суперпластификатора величина удельной поверхности клинкерного компонента вяжущего низкой водопотребности составит 4000.5500 см²/г, а глинистого компонента 6000. 9000 см²/г, и именно при таких условиях мы имеем самые высокие физико-технические показатели вяжущего. Если при предварительном помоле величина удельной поверхности вяжущего будет менее 3000 см²/г, то в дальнейшем суперпластификатора не хватит для механической реакции с клинкерными частичками (он израсходуется на взаимодействие с частичками обожженного глинистого сланца), если эта величина будет более 3500 см²/г, то суперпластификатора для взаимодействия с частичками сланца почти не останется. В обоих случаях значительно возрастет величина водовяжущего отношения у конечного ВНВ и показатели прочности и долговечности ухудшаются. В качестве суперпластификатора могут быть использованы поликонденсаторы нафталинсульфокислоты с формальдегидом, поликонденсаты сульфометилированного меламина с формальдегидом, их смеси между собой или с техническими лигносульфонатами, иные вещества, соответствующие по своему эффекту воздействия на бетонную смесь и бетон требованиям, предъявляемым к классу химических добавок "суперпластификаторы". Портландцементный клинкер и гипс это вещества обычно используемые в цементной промышленности и соответствующие принятым в ней стандартам.

Сущность предлагаемого изобретения будет понятнее из рассмотрения конкретного примера его осуществления.

Пример. Готовят образцы активных минеральных добавок как указано в таблице 1. Затем, с применением этих добавок готовят образцы ВНВ как указано в табл. 2. Результаты испытаний свойств бетонных смесей и бетонов на основе различных вяжущих приведены в табл. 3. Как показывают приведенные в табл. 3, результаты испытаний, составы ВНВ с активной минеральной добавкой на основе обожженного глинистого сланца (N 4-6) имеют показатели прочности и морозостойкости существенно выше, чем у прототипа и не ниже, чем у образцов ВНВ на основе граншлака (N 7) при таком же содержании добавки. Результаты испытаний вяжущих, содержащих обожженный глинистый сланец и полученных совместным помолом всех компонентов с самого начала до той же величины удельной поверхности, что и у ВНВ на основе граншлака, показывают результаты на 30-50% хуже. Аналогичные результаты получены при увеличении содержания обожженного глинистого сланца в вяжущем низкой водопотребности до 65 мас. В этом случае прочностные характеристики и показатели долговечности вяжущего превышают данные для прототипа и сопоставимы с испытаниями ВНВ аналогичного состава, в котором обожженный глинистый сланец заменен граншлаком.

Предложен способ приготовления вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), в состав которого входит обожженный при 550-950^oC глинистый сланец, имеющий следующий химический состав (мас.%): SiO₂ - 50...54; Al₂O₃ - 18...22; Fe₂O₃ - 9. ..10; CaO - 0,5...0,9; MgO - 2...4; R₂O - 1,5...2,5; TiO₂ - 0,5...1,2; неидентифицированные - остальное. Для приготовления ВНВ сначала измельчают смесь портландцементного клинкера, гипса и суперпластификатора до удельной поверхности 3000...3500 см²г, затем полученное промежуточное вяжущее доизмельчают с указанным обожженым глинистым сланцем таким образом, что в конечном ВНВ удельная поверхность клинкерного компонента составляет 4000...5500 см²/г, а удельная поверхность обоженного глинистого сланца - 6000...9000 см²/г. 3 табл.

Способ приготовления вяжущего, включающий смешение портландцементного клинкера, гипса, активной минеральной добавки глинитного типа и суперпластификатора, отличающийся тем, что смешение компонентов вяжущего осуществляют при помоле, причем сначала измельчают портландцементный клинкер, гипс и суперпластификатор до получения удельной поверхности 3000 см²/г по Блейну, а затем полученный продукт доизмельчают совместно с активной минеральной добавкой глинитного типа глинистым сланцем, обожженным при 550^oС, содержащим, мас.

SiO₂ 50 54
Al₂O₃ 18 22
Fe₂O₃ 9 10
CaO 0,5 0,9
MgO 2 4
R₂O 1,5 2,5
TiO₂ 0,5 1,2
Примеси Остальное
до достижения портландцементным клинкером удельной поверхности 4000 - 5500 см²/г, а обожженным глинистым сланцем 6000 9000 см²/г по Блейну.