ВЯЖУЩЕЕ 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 обоженных глин 2.

Наиболее близким к настоящему изобретению является гидравлическое вяжущее, в состав которого входят портландцементный клинкер, гипс, тонкоизмельченная дегидратированная высокоалюминатная глина и суперпластификатор, представляющий собой смесь полимерных нафталинсульфонатов и лигносульфонатов 3. Основной состав глины: SiO₂ 38,32; Al₂O₃ 25,17; Fe₂O₃ 3,02; CaO 1,71; SO₃ 20,35; п. п. п. остальное. Эту алюминатную породу обжигают при 500^oC, затем готовят вяжущее путем перемешивания компонентов при приготовлении бетонной смеси. Данное изобретение позволяет повысить раннюю прочность бетона, однако не позволяет значительно снизить водопотребность вяжущего и добиться высоких прочностных показателей в нормативные сроки твердения. Кроме того, введение дегидратированной тонкоизмельченной высокоалюминатной глины в состав вяжущего в количестве более 10 мас. приводит к ухудшению показателей прочности и долговечности композиций (бетонов и растворов) на основе такого вяжущего.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение количества вводимой в состав вяжущего активной минеральной добавки на основе глинистой породы при сохранении показателей подвижности бетонной смеси, показателей прочности и долговечности бетонов и растворов в нормативные сроки твердения (28 суток и более).

Указанная техническая задача решается тем, что в состав вяжущего, включающего портландцементный клинкер, гипс, активную минеральную добавку на основе глинистых соединений и суперпластификатор, в качестве активной минеральной добавки на основе глинистых соединений вводят 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; при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.

портландцементный клинкер 30 85
гипс 1 8
указанный глинистый сланец 10 65
суперпластификатор 0,5. 3,5
Главным существенным отличительным признаком настоящего изобретения является химический состав обоженного глинистого сланца. Именно заданное соотношение между входящими в его состав окислами, которое можно получить только в определенном температурном интервале обжига и только из глинистого сланца определенного исходного химического состава, позволяет добиться осуществления изобретения. Проведенные нами исследования показали, что, по-видимому, особое значение имеет содержание в указанных концентрационных пределах окислов железа и титана, так как выход за эти пределы приводит к резкому ухудшению показателей вяжущего. При содержании в вяжущем портландцементного клинкера в количестве менее 30 мас. происходит существенное ухудшение показателей прочности и долговечности по сравнению с чистоклинкерным цементом, при содержании добавки обожженного глинистого сланца в количестве менее 10 мас. не так сильно сказываются преимущества заявленного химического состава обожженого глинистого сланца перед вяжущими с обоженными глинами. Содержание гипса в указанных выше пределах определяется необходимостью регулирования сроков схватывания вяжущего, содержание суперпластификатора определяется из необходимости снижения водовяжущего отношения при приготовлении растворных и бетонных смесей.

Сущность настоящего изобретения заключается в применении в качестве активной минеральной добавки обоженного глинистого сланца определенного химического состава. Исходные составляющие сланца (хлорит, монтмориллонит - гидрослюдистого смешаннослойного образования, полевые шпаты, гидроксид железа, кристаллический кварц) при обжиге в интервале 550 950^oC за счет химического разложения образуют стеклофазу, обладающую высокой пуццолановой активностью. Одной из особенностей химического состава стеклофазы обоженного глинистого сланца является наличие в ней значительного количества окисла железа (9 10 мас. ), что значительно превышает обычное содержание этого окисла в глинах. По-видимому, именно благодаря повышенному содержанию Fe₂O₃, обоженный сланец имеет значительную активность по связыванию гидрооксида кальция, выделяющегося в процессе гидратации портландцемента. Это приводит к образованию дополнительных порций гидросиликатов кальция, основных носителей прочности в структуре цементного камня. Причем, благодаря включению некоторого количестве ионов железа в структуру цементного камня повышается его прочность и плотность, что, в свою очередь, способствует повышению показателей долговечности бетонов на основе вяжущего по настоящему изобретению. Благодаря улучшенной структуре камня вяжущего появляется возможность введения в состав вяжущего до 65% обоженного глинистого сланца без ухудшения показателей долговечности получаемых бетонов и растворов по сравнению с контрольным составом.

В качестве суперпластификатора в составе вяжущего могут быть использованы: поликонденсат сульфированного нафталина с формальдегидом; поликонденсат сульфометилированного меламина с формальдегидом; их смеси с техническими лигносульфонатами или иные вещества, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 24211 92 к добавкам "суперпластификаторам".

Возможность осуществления изобретения может быть подтверждена и прояснена конкретными примерами.

Примеры реализации изобретения.

Готовилось несколько составов обоженного глинистого сланца по настоящему изобретению и тонкоизмельченной дегидратированной глины по прототипу. Химический состав образцов и температура обжига показаны в табл. 1. Обжиг производился в лабораторной муфельной печи. С применением образцов обожженных материалов были приготовлены составы вяжущего, как указано в табл. 2, причем все компоненты вяжущего по изобретению измельчались в сухом виде отдельно до величины удельной поверхности вяжущего 4000 см²/г, а затем смешивались между собой. В качестве других компонентов вяжущего использовались портландцементный клинкер Белгородского цемзавода и природный гипс, а также суперпластификаторы, указанные в табл. 2. Полученные образцы вяжущего использовались для приготовления бетонной смеси и бетона, как указано в табл. 3. Результаты испытаний этих образцов также приведены в табл. 3. Как следует из приведенных результатов, применение вяжущего по настоящему изобретению позволяет вводить до 65 мас. обожженного глинистого сланца без ухудшения показателей прочности и морозостойкости по сравнению с прототипом.

Использование в качестве глинистого компонента обычных глин с содержанием оксида железа в пределах до 8 мас. не позволило получить в тех же условиях приготовления вяжущего и бетонных смесей показателей морозостойкости бетона, превышающих F 150 даже при минимальном (10 мас.) содержании глинистого компонента в вяжущем.

Предложено вяжущее, содержащее обоженный при 550 ... 950^oC глинистый сланец, содержащий, 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. Оптимальное соотношение компонентов вяжущего составляет, мас.%: портландцементный клинкер 30 ... 85, гипс 1 ... 8, указанный глинистый сланец 10 ... 65, суперпластификатор 0,5 ... 3,5. Бетоны на основе такого вяжущего имеют повышенную прочность и морозостойкость. 3 табл.

Вяжущее, включающее портландцементный клинкер, гипс, активную минеральную добавку глинитного типа и суперпластификатор, отличающееся тем, что в качестве указанной активной минеральной добавки оно содержит глинистый сланец, обожженный при 550 950^oС, следующего химического состава, 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
при этом соотношение компонентов вяжущего составляет, мас.

Портландцеметный клинкер 30 85
Гипс 1 8
Указанный глинистый сланец 10 65
Суперпластификатор 0,5 3,5