ЩЛАКОЩЕЛОЧНОЕ ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2005 года по МПК C04B7/14 

Область техники

Изобретение относится к шлакощелочным вяжущим и может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала или в составе бетонных смесей для дорожного, гражданского и промышленного строительства.

Уровень техники

Известно, что шлакощелочные вяжущие позволяют получать материалы из доступного сырья, которые твердеют в обычных условиях, при сушке или автоклавировании с образованием прочных конгломератов, имеющих высокую водостойкость, воздухонепроницаемость и долговечность [Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. - Киев: Будiвельник, 1978. - 177 с.].

Например, предложено вяжущее, содержащее шлак электросталеплавильного производства и жидкое стекло в соотношении, маc.%: шлак 50-70, жидкое стекло - 30-50 [А.с. 581112, СССР. Вяжущее. Дибров Г.Д. и др. Заявл. 25.02.76, опубл. 30.11.77]. Однако указанный шлак не является отходом производства, его получают путем предварительного энергоемкого синтеза, поэтому предложенная композиция не решает экологические и экономические вопросы, связанные с утилизацией вторичных ресурсов.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является вяжущее, содержащее гранулированный шлак, жидкое стекло и сульфат натрия или сульфат калия (жидкое стекло в пересчете на Na₂O 1-10, сульфат натрия или сульфат калия 0,5-1 маc.%, шлак - остальное) [А.с. 1038309, СССР. Вяжущее. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Ростовская Г.С., Тимкович В.Ю. Заявл. 26.11.79, опубл. в Б.И. №32, 1983].

Однако прототип плохо перемешивается из-за высокой вязкости смеси и имеет невысокую прочность.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке состава шлакощелочного вяжущего, позволяющего уменьшить время перемешивания компонентов до образования однородной смеси и повысить прочность материала.

Поставленная задача решена путем создания композиции следующего состава, маc.%:

шлак гранулированный 54,55-94,45

натриевое жидкое стекло 4,09-40,90

двухзамещенный ортосиликат натрия

Na₂H₂SiO₄·_{8H2O 0,46-4,55}

Таким образом, заявленное вяжущее отличается от прототипа тем, что его состав дополнительно содержит двухзамещенный ортосиликат натрия в количестве 0,46-4,55 маc.%, ранее не применявшийся в составах шлакощелочных вяжущих с целью повышения прочности и регулирования реологических свойств.

Необходимо отметить, что только при наличии всей совокупности признаков заявленного изобретения возможно достижение указанного технического результата, а именно: повышение прочности, а также сокращение времени перемешивания компонентов смеси.

Применяемое в составе композиции натриевое жидкое стекло соответствует ГОСТ 13076-81, двухзамещенный ортосиликат натрия - ТУ 6-09-5337-87. В качестве гранулированного шлака использовали шлаки в виде темных гранул неправильной формы различного состава (табл.1). Основный и кислый доменный шлаки соответствуют ГОСТ 3476-74; кислый чугунолитейный шлак описан в [Косенко Н.Ф. Шлакощелочное вяжущее на основе низкокачественного чугунолитейного шлака. - Рук. депон. в НИИТЭХим, 1996, №19 - хп96].

Таблица 1Вид шлакаСодержание оксидов, мас.%Модуль основностиКоэф-т качества, классSiO₂CaOАl₂O₃MgOFeO+Fе₂O₃MnOОсновный доменный37,447,13,83,40,60,31,231,45,
IIКислый доменный38,835,68,62,80,41,00,811,21,
IIIКислый чугунолитейный47,022,02,27,510,010,5
TiO₂
2,10,600,65

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. 2,76 г (0,46%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 24,54 г (4,09%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 572,7 г (95,45%) основного доменного шлака в смесителе.

Пример 2. 15,0 г (2,50%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 135,0 г (22,50%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 450,0 г (75,0%) кислого доменного шлака в смесителе.

Пример 3. 27,3 г (4,55%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 254,4 г (40,90%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 327,3 г (54,55%) кислого чугунолитейного шлака в смесителе.

Время перемешивания компонентов до образования однородной смеси измеряли с помощью секундомера. Критерием однородности смеси являлось равномерное распределение связки по поверхности шлака, которое контролировалось визуально и с помощью микроскопа.

Из приготовленной смеси формовали образцы методом пластического формования или полусухого прессования (10 МПа). У полученного материала определяли пределы прочности при сжатии и при изгибе по ГОСТ 310.4-81.

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Таблица 2Пример № п/пСостав, маc.%Время перемешивания, сПредел прочности через 1 сут, МПашлакжидкое стеклоNa₂SO₄Na₂H₂SiO₄·_8Н2Oпри сжатиипри изгибе195,454,09-0,462184,613,1275,0022,50-2,501594,916,3354,5540,90-4,551280,112,4прототип76,5022,501,00-5135,76,1

Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице 2, использование ингредиентов в заявленных соотношениях (примеры 1-3) позволяет повысить прочность по сравнению с прототипом и уменьшить время перемешивания смеси для получения однородной массы.

Кроме того, дополнительным преимуществом заявленного технического решения перед прототипом является повышенные плотность (на 12-20%), водостойкость (на 18-30%) и морозостойкость материала (на 15-25%) после отвердевания.

Изобретение относится к шлакощелочным материалам и может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала или в составе бетонных смесей для дорожного, гражданского и промышленного строительства. Шлакощелочное вяжущее содержит, мас.%: шлак гранулированный - 54,55-94,45, натриевое жидкое стекло - 4,09-40,90, двухзамещенный ортосиликат натрия Na₂H₂SiO₄·8H₂О - 0,46-4,55. Техническим результатом является повышение прочности, а также улучшение условий перемешивания компонентов смеси, т.е. сокращение времени приготовления однородной смеси, кроме того - повышение плотности - на 10-13%, водостойкости - на 18-23% и морозостойкости - на 15-20% после отвердевания. 2 табл.

Шлакощелочное вяжущее, содержащее гранулированный шлак и натриевое жидкое стекло, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит двухзамещенный ортосиликат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак гранулированный 54,55-94,45

Натриевое жидкое стекло 4,09-40,90

Двухзамещенный ортосиликат натрия

Na₂H₂SiО₄·_{8H2О 0,46-4,55}