БЕСКЛИНКЕРНОЕ ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2007 года по МПК C04B7/34 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе перлитовых пород, которое может быть использовано в производстве силикатного кирпича, плотных и ячеистых силикатных бетонов и изделий на их основе.

Известно бесклинкерное вяжущее из измельченных вулканических пород с добавками негашеной извести и гипса. Состав известного вяжущего, мас.%: негашеная известь - 16-20; гипс - 4-8; вулканическая порода - 72-80. Бесклинкерное вяжущее готовят путем совместного помола до дисперсности 400-450 м²/кг составляющих шихты. Смесь затворяют водой, формуют и подвергают тепловлажностной обработке. Полученный силикатный камень на основе известного вяжущего имеет прочность не менее 35 МПа (см. Меркин А.П., Ромазанов В.А., Зейфман М.И. Безавтоклавный ячеистый бетон на бесцементном вяжущем. Строит. Материалы, 1989. 11. С.11-12).

Недостатком этого вяжущего является пониженная прочность получаемого силикатного камня.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является известково-кремнеземистое вяжущее с использованием стекловидного перлита Мухор-Талинского месторождения (Республика Бурятия). Для получения вяжущего перлит, негашеную известь и двуводный гипс подвергают совместному помолу (механоактивации) в разных типах активаторов, например в барабанной, планетарной мельницах, в виброистирателе и в дезинтеграторе. Состав вяжущего, мас.%: перлит - 70-80, негашеная известь - 16-22, двуводный гипс - 4-8.

Прочность при сжатии полученного вяжущего в результате тепловлажностной обработки, при 90°С и режиму 1,5+8+1,5 час, в зависимости от вида активатора составила при S_уд=500 м²/кг соответственно при помоле в шаровой мельнице в течение 6 часов - 28 МПа, в планетарной мельнице в течение 15 с - 29 МПа, в виброистирателе в течение 45 с - 34 МПа и в дезинтеграторе - 22 МПа (см. Урханова Л.А. Активированные известково-кремнеземистые вяжущие и изделия на их основе. Автореферат кандидатской диссертации. - М.: РОТЭКС, 1996).

К недостаткам указанного состава известково-перлитового вяжущего относится пониженная прочность и сравнительно большой срок тепловлажностной обработки (ТВО).

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в получении бесклинкерного известково-перлитового вяжущего на основе перлитовых пород Забайкалья с возможностью его использования в производстве силикатного кирпича, плотных и ячеистых силикатных бетонов и изделий на их основе.

Технический результат изобретения заключается в повышении прочностных показателей, снижении водовяжущего отношения при одинаковой пластичности, сокращении времени механоактивации за счет интенсификации помола, снижении агломерационных процессов в вяжущем при измельчении, сокращении тепловлажностного режима обработки.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата бесклинкерное вяжущее, содержащее перлит, негашеную известь, гипс, согласно изобретению, дополнительно содержит добавку-интенсификатор помола, в качестве которой использовано поверхностно-активное вещество - суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

негашеная известь - 26-35;

перлит - 60-69

гипс - 3,8-4,2

суперпластификатор С-3 - 0,8-1,2.

Отличительной особенностью предлагаемого бесклинкерного вяжущего является введение в его состав добавки - интенсификатора помола, в качестве которого использовано поверхностно-активное вещество - суперпластификатор С-3 в количестве 0,8-1,2 мас.%, что позволяет уменьшить эффект агломерации, интенсифицировать помол в процессе измельчения.

Именно введение поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3 в количестве, мас.%: 0,8-1,2 в совокупности с другими компонентами бесклинкерного вяжущего: перлитом - 60-69; известью - 26-35; гипсом - 3,8-4,2 обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных показателей; снижении водовяжущего отношения при одинаковой пластичности; сокращении времени механоактивации за счет интенсификации помола с 15 до 1,5 мин; снижении агломерационных процессов в вяжущем при измельчении; сокращении тепловлажностного режима обработки.

Повышение прочностных показателей бесклинкерного вяжущего на 30% происходит за счет снижения водовяжущего отношения при одинаковой пластичности теста, что снижает пористость силикатного камня.

При введении в состав бесклинкерного вяжущего поверхностно-активного веществ - суперпластификатора С-3 менее 0,8 мас.% не наблюдается эффекта снижения агломерации вяжущих смесей при измельчении, интенсификации помола и повышения прочностных показателей.

А при введении его более 1,2 мас.% замедляются процессы гидратации и твердения бесклинкерных вяжущих, особенно на начальных сроках твердения, и не происходит повышения прочности.

Количественное изменение компонентов бесклинкерного вяжущего (мас.%) перлита 60-69, извести 26-35, гипса 3,8-4,2 позволяет варьировать состав бесклинкерного вяжущего без ощутимого изменения прочностных показателей.

Отклонение содержания извести от указанных пределов в меньшую сторону ведет к тому, что в вяжущей композиции при затворении не образуются в достаточном количестве гидросиликаты кальция. Результатом является низкая прочность получаемых образцов. А отклонение содержания извести в большую сторону ведет к пересыщению вяжущей смеси гидрооксидом кальция, который в больших количествах приводит к снижению прочности образцов, и к повышению энергетических затрат на производство вяжущих, т.к. известь является энергоемким компонентом.

Компоненты бесклинкерного вяжущего подобраны таким образом, чтобы получаемые образцы имели максимальные прочностные показатели.

При увеличении времени измельчения вяжущих происходит увеличение силы взаимодействия свежеобразованных поверхностей при контакте. Активация проявляет здесь себя тем, что количество разрушенных в данный момент и слипшихся частиц оказывается практически одинаковым. При данном режиме измельчения удельная поверхность практически не растет, т.е. по мере уменьшения размеров частиц все большую роль играет агломерация свежеобразованных поверхностей с формированием молекулярно-плотных агрегатов. Агрегативная неустойчивость порошков обусловлена избытком поверхностной энергии.

Эффект агломерации связан с, так называемым, коэффициентом однородности, который зависит от свойств материала. В процессе измельчения по мере уменьшения величины коэффициента однородности, агломерация становится более интенсивной, а увеличение удельной поверхности может быть достигнуто значительным ростом потребляемой энергии, то есть избыточная энергия вызывает агломерацию. Таким образом, избыток энергии вызывает агломерацию, недостаточное ее количество не позволяет осуществить тонкий помол.

Существуют практические возможности снижения интенсивности агломерирования материалов. Так, введение интенсификаторов помола (сульфитно-спиртовая барда, триэтаноламин и др.) обусловливает снижение сил сцепления продуктов помола и соответственно его способности к агломерации, а также изменение его свойств (Ходаков Г.С. Физика измельчения. - М.: Главная редакция физико-математической лит-ры изд-ва «Наука», 1972).

Поэтому для уменьшения эффекта агломерации и для интенсификации помола перед механоактивацией в состав предлагаемого вяжущего вводится добавка-интенсификатор помола, в качестве которой используют поверхностно-активное вещество - суперпластификатор С-3 (в мас.%: продукт конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида - 60-99,8; сульфат натрия - 0,1-20; лигносульфанат - 0,1-20).

Поверхностно-активное вещество - суперпластификатор С-3 (ГОСТ 24211-2003) имеет 3 основных свойства, характеризующие его применение в производстве строительных материалов: снижение водовяжущего отношения при одинаковой по сравнению с вяжущей композицией без пластификатора, пластичности, что выражается повышением прочностных характеристик; повышение подвижности растворов и бетонов, и пластичности при одинаковом водовяжущем отношении, что позволяет бетонировать густоармированные и обычные конструкции практически без применения вибраторов и получать гладкую высококачественную лицевую поверхность изделий различной формы; снижение расхода цемента (на 20%) в составе растворов и бетонов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного состава бесклинкерного вяжущего. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как более близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в форме изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Для получения предлагаемого бесклинкерного вяжущего применяют перлит Мухор-Талинского месторождения, с содержанием, мас.%: SiO₂ - 71,4; Al₂О₃ - 12,1; СаО - 0,57; Fe₂O₃ - 0,77; MgO - 0,39; К₂О - 3,24; Na₂О - 5,23; FeO - 0,43; п.п.п. - 5,87; негашеную известь (ГОСТ 9179-77) и гипс (ГОСТ 125-79).

Готовят три смеси компонентов, мас.%: негашеная известь - 26-35; перлит - 60-69; гипс - 3,8-4,2; суперпластификатор С-3 - 0,8-1,2 (составы 1-3), соответственно. При этом активность вяжущих (содержание СаО) лежала в пределах: 10-28 мас.%. Одновременно готовят четыре смеси компонентов вяжущего с запредельным содержанием извести, перлита, гипса и суперпластификатора С-3 для подтверждения оптимальности (составы 4 и 5). Кроме того, готовят два известных состава вяжущего с использованием перлита и извести: 61-83 и 13-35 (составы 6 и 7) соответственно (см. табл.1).

Таблица 1Составы вяжущих№ сост.Содержание компонентов, мас.%ПерлитНегашеная известьГипсСуперпластификатор С-3Предложенные169263,81,22653041360354,20,8Для оптимальности475213,50,554548,551,5Известные683134-761354-

Смеси составов бесклинкерного вяжущего (1, 2, 3, 4, 5) подвергают совместной механоактивации в виброистирателе до удельной поверхности 500 м²/кг, в течение 1,5 мин. Для определения свойств полученных вяжущих методом пластического формования готовят образцы-кубики 2×2×2 см. При затворении при одинаковой пластичности, снижается водопотребность вяжущего по сравнению с известным составом. При формовании образцов водовяжущее отношение при одинаковой пластичности снижается, и составляет 0,23.

Образцы для испытания на прочность пропаривают при 90°С по режиму 1,5+8+1,5 час и испытывают в возрасте 3 и 28 сут.

Полученные составы вяжущего имели следующие характеристики (см. табл.2).

Введение в состав бесклинкерного вяжущего добавки - интенсификатора помола поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3 позволяет сократить режим ТВО. Образцы готовят по той же схеме, как и при сравнении составов. Тепловлажностную обработку ведут при 90°С по трем режимам: 1,5+8+1,5 час, 1,5+7+1,5 час, 1,5+6+1,5 час и испытывают в возрасте 28 сут. В таблице 3 представлены физико-механические характеристики вяжущего (составы 1, 2, 3) при пониженных режимах ТВО.

Таблица 2№ составовПредел прочности при сжатии, МПаВ возр. 3 сут после ТВОВ возр. 28 сут после ТВО136,941,8237,943,6340,544,6424,628,4529,132,8621,324,1727,630,9

Таблица 3 Предел прочности при сжатии после ТВО при t=90°C, МПа№ВремяВремяВремясоставовизотермич.изотермич.изотермич. выдержки, 8выдержки, 7выдержки, 6 часчасчас141,841,637,0243,643,137,8344,644,138,7

Анализ полученных результатов (табл.2 и 3) позволяет сделать следующие выводы:

- прочность искусственного камня на основе предложенного бесклинкерного вяжущего возрастает от 30 МПа без механоактивации и от 44 МПа с использованием механоактивации;

- в большей степени росту прочности способствует механоактивация при содержании активного СаО в количестве 10-28% (повышение содержания активного СаО свыше 28% нецелесообразно из-за снижения прочности камня, понижение содержания СаО ниже 10% также приводит к аналогичному результату);

- уменьшение времени ТВО с 8 до 7 часов снижает прочность образцов до 2%, а уменьшение до 6 часов - до 14%;

- снижение водовяжущего отношения по сравнению с вяжущим на известном составе. При одинаковой пластичности затворенного бесклинкерного вяжущего водовяжущее отношение составляет 0,23, тогда как на известном составе составляет 0,33.

Предлагаемое бесклинкерное вяжущее готовят следующим образом.

Перлит, негашеную известь, гипс и суперпластификатор С-3 предварительно смешивают, а затем подвергают совместной механоактивации в виброистирателе до порошкообразного состояния с S_уд=500 м²/кг. Содержание компонентов в смеси, мас.%: негашеной извести - 26-35; перлита - 60-69; гипса - 3,8-4,2; суперпластификатора С-3 - 0,8-1,2. Компоненты затворяют водой при водовяжущем отношении 0,23 и тщательно перемешивают. После перемешивания смеси изделия формуют в образцы размером 2×2×2 см, методом пластического формования. Образцы подвергают ТВО при 90°С по режиму 1,5+6+1,5 час.

Пример 1. Перлит, негашеную известь, гипс и суперпластификатор С-3 предварительно смешивают, а затем подвергают совместной механоактивации в виброистирателе до порошкообразного состояния с S_уд=500 м²/кг. Содержание компонентов в смеси, в мас.%:

1. Перлит - 69

2. Негашеная известь - 26

3. Гипс - 3,8

4. Суперпластификатор С-3 - 1,2.

Компоненты затворяют водой при водовяжущем отношении 0,23 и тщательно перемешивают. После перемешивания смеси изделия формуют в образцы размером 2×2×2 см методом пластического формования. Образцы подвергают ТВО при 90°С по режиму 1,5+6+1,5 час.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток - 37,0 МПа.

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

1. Перлит - 65

2. Негашеная известь - 30

3. Гипс - 4

4. Суперпластификатор С-3 - 1.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток - 37,8 МПа.

Пример 3. Проводят аналогично примеру 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

1. Перлит - 60

2. Негашеная известь - 35

3. Гипс - 4,2

4. Суперпластификатор С-3 - 0,8.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток - 38,7 МПа.

В табл.4 приведены сравнительные данные по характеристикам вяжущего, полученного по предлагаемому изобретению в сравнении с прототипом (см. Урханова Л.А. Активированные известково-кремнеземистые вяжущие и изделия на их основе. Автореферат кандидатской диссертации. - М.: РОТЭКС, 1996).

Таблица 4Номера составов вяжущегоПредел прочности при сжатии, МПаРежим ТВО при t=90°C, час141,81,5+8+1,5243,61,5+8+1,5344,61,5+8+1,5137,01,5+6+1,5237,81,5+6+1,5338,71,5+6+1,5Прототип22-341,5+8+1,5

Таким образом, предлагаемый состав получения бесклинкерного вяжущего с введением добавки - поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3 в количестве (мас.%) 0,8-1,2 в совокупности с другими компонентами бесклинкерного вяжущего: перлитом - 60-69; известью - 26-35; гипсом - 3,8-4,2 имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом (см. Урханова Л.А. Активированные известково-кремнеземистые вяжущие и изделия на их основе. Автореферат кандидатской диссертации. - М.: РОТЭКС, 1996):

- повышение прочностных показателей, по сравнению с прототипом, вследствие уменьшения пористости за счет введения поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3;

- снижение водовяжущего отношения по сравнению с прототипом при одинаковой пластичности за счет свойств, придаваемых вяжущей композиции поверхностно-активным веществом - суперпластификатором С-3;

- сокращение времени механоактивации по сравнению с прототипом за счет интенсификации помола с 15 до 1,5 мин поверхностно-активным веществом - суперпластификатором С-3;

- снижение агломерационных процессов по сравнению с прототипом в вяжущем при измельчении за счет снижения сил сцепления продуктов помола при применении поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3;

- сокращение тепловлажностного режима обработки по сравнению с прототипом за счет свойств, полученных вяжущей композицией при введении поверхностно-активного вещества - суперпластификатора С-3.

Предлагаемый способ получения композиционного вяжущего может быть использован в промышленности строительных материалов для получения силикатного кирпича, плотных и ячеистых силикатных бетонов и изделий на их основе, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе перлитовых пород, которые могут быть использованы в производстве силикатного кирпича, плотных и ячеистых силикатных бетонов и изделий на их основе. Бесклинкерное вяжущее, включающее перлит, негашеную известь, гипс, дополнительно содержит добавку-интенсификатор помола, в качестве которого использовано поверхностно-активное вещество - суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: перлит - 60-69, негашеная известь - 26-35, гипс - 3,8-4,2, суперпластификатор С-3 - 0,8-1,2. Технический результат - повышение прочности вяжущего, снижение водовяжущего отношения при одинаковой пластичности, сокращение времени механоактивации за счет интенсификации помола; снижение агломерационных процессов в вяжущем при измельчении; сокращение тепловлажностного режима обработки бесклинкерного вяжущего. 4 табл.

Бесклинкерное вяжущее, включающее перлит, негашеную известь, гипс, отличающееся тем, что дополнительно содержит добавку - интенсификатор помола, в качестве которого использовано поверхностно-активное вещество суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перлит60-69Негашеная известь26-35Гипс3,8-4,2Суперпластификатор С-30,8-1,2