ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2009 года по МПК C04B7/14 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и отвального шлака ферропроизводства, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей.

Известно вяжущее, содержащее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, нефелиновый шлам, и активизатор твердения - смеси фтористого калия и жидкого стекла [1]. Недостаток этого вяжущего заключается в низкой прочности на сжатие и изгиб.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, содержащее, масс.%: доменный гранулированный шлак - 66-85, гипс - 1-5, шлак производства низкоуглеродистого феррохрома - остальное [2]. Недостатками этого вяжущего являются низкая морозостойкость, прочность и недостаточная гидравлическая активность вяжущего в начальный период после затвердения. Содержание оксида хрома в шлаке составляет (4,4% Сr₂О₃). В России отсутствуют запасы хромовых руд. Поэтому шлак от производства феррохрома является дефицитным материалом и обладает высокой стоимостью [3, стр.354].

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении прочности, морозостойкости и химической активности вяжущего при использовании в его составе отвального шлака от выплавки ферромарганца, в качестве активизатора твердения - горного песка от мокрого обогащения железных руд, который содержит в своем составе 10-15% минералов гранатов.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава, тонкости помола и гранулометрического состава при совместном помоле их в шаровой мельнице, что позволяет повысить химическую (гидравлическую) активность компонентов вяжущего.

Для достижения изобретением технического результата вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, гипс, шлак ферропроизводства, содержит в качестве гипса - двуводный гипс, а в качестве шлака ферропроизводства - отвальный шлак от выплавки ферромарганца, дополнительно - горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-9,9; Аl₂О₃ 9,8-11,0; S 0,8-1,5; FeO+Fe₂O₃ 12,8-26,1; Nа₂О+К₂О 1,3-3,2, содержащий 10-15% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

доменный шлак 36-44 двуводный гипс 3-6 указанный горный песок 3-6 отвальный шлак от выплавки ферромарганца остальное,

причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 450 м²/кг.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что полиминеральный состав шлаков и горного песка и соотношение компонентов вяжущего обусловливают многофазность состава затвердевшего цементного камня. Кристаллические новообразования в затворенном вяжущем представлены гидросиликатами, гидроалюминатами, гидросульфоалюминатами, гидрогранатами, гидроферритами кальция. Продуктами гидратации являются в основном тонковолокнистые гидросиликаты кальция и сросшиеся с ними более крупные игольчатые кристаллы гидросульфоалюминатов кальция, что способствует уплотнению и упрочнению цементного камня.

Способствуют уплотнению и упрочнению цементного камня примеси в небольших количествах железа, ванадия, титана, марганца, никеля и других металлов, которые содержатся в шлаках и горном песке.

Кроме этого, наличие в шлаках и горном песке соединений щелочных металлов (Na₂O+K₂O) оказывает активизирующее влияние на твердение вяжущего и в результате повышает качество вяжущего. Максимальное количество (Na₂O+K₂O) содержится в горном песке, в минералах гранатов, поэтому предложенный в составе вяжущего горный песок является активизатором гидратации и твердения.

При затворении вяжущего первоначально в реакцию вступают мелкие частицы и затем крупные. Шлак от выплавки ферромарганца обладает более высокой размолоспособностью по сравнению с доменным шлаком. При затворении вяжущего гидратация протекает в две стадии, что способствует повышению качества всех показателей цемента и бетона.

Для получения предлагаемого вяжущего применяют доменный шлак ОАО «Кузнецкий металлургический комбинат», горный песок и гипс ОАО «Абагурская аглофабрика». Химический состав шлаков и песка приведен в таблице 1. Смеси компонентов, размолотые в шаровой мельнице до удельной поверхности 450 м²/кг, затворяют водой до получения теста нормальной густоты, изготавливают из них балочки размером 4×4×16 см и кубики размером 7×7×7 см, уплотняют на виброплощадке в течение 3 минут. Твердение образцов осуществляют в гидравлической ванне в нормальных условиях. Испытание образцов выполняют в возрасте 28 суток по гостовским методикам. Результаты испытаний приведены в таблице 2, из которой следует, что предложенное вяжущее позволяет получать высококачественные бетонные изделия. Следует отметить, что предложенное вяжущее не требует пропарки при высоких температурах (50-80°С).

Производство предлагаемого вяжущего позволяет утилизировать отходы металлургических предприятий - шлаки, гипс, песок и создать базу для производства дешевых строительных материалов.

Источники информации

1. А.с. СССР 1608152, МПК6 С04В 7/14, 1990.

2. SU 1479432, 15.05.1989, 2 с. (Прототип).

3. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: «Металлургия, 1988, с.354.

Таблица 1 Материал Химический состав, мас.% Мn SiO₂ СаО MgO Аl₂О₃ Р₂О₅ S FeO+Fe₂O₃ Na₂O+K₂O Шлак от выплавки ферромарганца 6,7-9,2 29,0-32,9 40,7-42,6 0,1-2,6 3,6-2,9 0,02-0,03 2,94-1,8     Доменный шлак 0,1-0,6 36,2-42 38-42 4,8-9,9 12,3-17   0,1 0,6-2,6 0,13-0,17 Песок горный   34,1-39,9 11,3-13,7 4,2-9,9 9,8-11   0,8-1,5 12,8-26,1 1,3-3,2

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и отвального шлака ферропроизводства, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей. Технический результат - повышение прочности, морозостойкости и химической активности вяжущего. Вяжущее, полученное помолом смеси, содержащей, мас.%: доменный шлак 36-44; двуводный гипс 3-6; горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-9,9; Аl₂О₃ 9,8-11,0; S 0,8-1,5; FeO+Fe₂O₃ 12,8-26,1;

Na₂O+K₂O 1,3-3,2, содержащий 10-15% минералов гранатов, 3-6; отвальный шлак от выплавки ферромарганца остальное, причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 450 м²/кг. 2 табл.

Вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, гипс, шлак ферропроизводства, отличающееся тем, что содержит в качестве гипса двуводный гипс, а в качестве шлака ферропроизводства - отвальный шлак от выплавки ферромарганца, дополнительно - горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-9,9; Аl₂О₃ 9,8-11,0; S 0,8-1,5; FeO+Fe₂O₃12,8-26,1; Na₂O+K₂O 1,3-3,2, содержащий 10-15% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
доменный шлак 36-44 двуводный гипс 3-6 указанный горный песок 3-6 отвальный шлак от выплавки ферромарганца остальное