ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2009 года по МПК C04B7/147 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и отвального шлака от выплавки металлического марганца, 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 активатор твердения в виде смеси фторида калия и жидкого стекла (Na₂SiO₃·nH₂O) [1]. Недостаток этого вяжущего заключается в низкой прочности на сжатие и при изгибе.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, содержащее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и актизатор твердения - щелочные отходы травления стального листа [2]. Недостатками этого вяжущего также являются низкая морозостойкость и прочность.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении прочности и морозостойкости вяжущего при использовании в его составе отвального шлака от выплавки металлического марганца, а в качестве активизатора - горного песка от мокрого обогащения железных руд, содержащего 10-20% минералов гранатов.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава, тонкости помола и гранулометрического состава компонентов при совместном помоле их в шаровой мельнице, что позволяет максимально использовать химическую (гидравлическую) активность шлаков, гипса и горного песка.

Вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, активизатор твердения, двуводный гипс, содержит в качестве активизатора твердения горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃+TiO₂ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-36,1; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; P₂O₅ 1,7-2,2; п.п.п.8,5-15,0, содержащий 10-20% минералов гранатов, и

дополнительно высокоосновный шлак от выплавки металлического марганца, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

доменный шлак 38-50 двуводный гипс 4-7 указанный горный песок 3-8 шлак от выплавки металлического марганца остальное,

а помол осуществляют до удельной поверхности 470-480 м²/кг.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что полиминеральный состав шлаков и горного песка, содержащего минералы гранаты, и соотношение компонентов обеспечивают многофазовый состав затвердевшего цементного камня. Минеральный состав предлагаемого вяжущего представлен гидросиликатами, гидроалюминатами, гидрогранатами, гидроферритами, гидросульфоалюминатами кальция. Кроме этого, в шлаках и горном песке содержатся в небольших количествах соединения железа, титана, ванадия, марганца, никеля, кобальта и др., которые усиливают процесс гидратации силикатов и алюминатов, активизируют поверхность твердых частиц, усиливают рост кристаллов и, соответственно, увеличивают плотность и прочность вяжущего [3-5].

Высокая прочность и плотность вяжущего достигается за счет различной размолоспособности доменного шлака, марганцевого шлака и горного песка и характеризуется после измельчения в шаровой мельнице двумя модулями крупности (0,002-0,008 мм) для марганцевого шлака и (0,04-0,10 мм) для доменного шлака. При гидратации активируются и вступают в реакцию наиболее мелкие частицы, в данном случае шлак от выплавки марганца. Далее в реакцию вступают частицы доменного шлака. Горный песок является наиболее твердым материалом, поэтому гидратация протекает в три стадии, что способствует образованию более плотного и, соответственно, более прочного вяжущего и бетона [4-5]. Состав вяжущего выбран с учетом размолоспособности составляющих компонентов.

Перечисленные факторы получения бесклинкерного вяжущего позволяют существенно повысить его прочность, морозостойкость.

Для получения предлагаемого вяжущего использовали гранулированный доменный шлак ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат», шлак от выплавки металлического марганца Запорожского завода ферросплавов, двуводный гипс - реактивы марки Ч, горный песок ОАО «Химические составы шлаков и песка приведены в табл.1. Составлялись смеси (табл.2) из предварительно просушенных компонентов и размалывались до удельной поверхности 470-480 м²/кг в лабораторной шаровой мельнице, затворялись водой до получения теста стандартной густоты. Изготавливались балочки размером 4×4×16 см с уплотнением на виброплощадке. Твердение осуществляли в гидравлической ванне при температуре 25°С. Испытывали образцы в возрасте 28 суток. Результаты испытаний приведены в табл.3. Предлагаемое вяжущее характеризуется повышенной прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

Производство предлагаемого материала позволит утилизировать доменный шлак, горный песок, шлак от выплавки марганца и создать базу для производства дешевого бесклинкерного вяжущего.

  Таблица 1 Материал Химический состав, мас.% SiO₂ Al₂O₃+TiO₂ FeO+Fe₂O₃ Na₂O+K₂O CaO MgO MnO P₂O₅ SO₃ П.п.п. Доменный гранулированный шлак 36,2-42,0 12,3-17,0 0,6-2,6 0,13-0,17 38,0-42,2 4,8-9,9 0,21-1,1     0,1-0,15 Шлак от выплавки марганца 27,9-29,0 1,8-3,5 2,4-3,8   44,0-45,4 3,0-3,6 17,4-20,0 0,008-0,012 0,55-1,56   Песок горный 34,1-39,9 9,8-11,0 12,8-36,1 1,3-3,2 11,3-13,7 4,2-5,7 0,3-0,55 1,7-2,2   8,5-15,0   Таблица 2 Состав вяжущих № состава Содержание компонентов, мас.% Доменный шлак Шлак от выплавки марганца Гипс Активизатор Конверторный шлак Предложенное 1 38 50 4 8     2 44 45 5,5 5,5     3 50 40 7 3   Известное     Влага   Отходы травления     4 58 9 5 9 19   5 62 10 3 4 21

Источники информации

1. А.с. СССР 1608152, МПК 6 C04B 7/14, 1990.

2. А.с. СССР 1303575, МПК 6 C04B 7/14, 1990 (прототип).

3. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. // М., «Металлургия», 1988, с.294-296.

4. Ларионова З.М., Никитина Л.В., Гарашин В.Р. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня и бетона. // М., Стройиздат, 1977, с.272.

5. Справочник по химии цемента. / Под редакцией Волконского Б.В. // Л., Стройиздат, 1980, с.221.

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего, на основе доменного шлака и высокоосновного шлака от выплавки металлического марганца, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей. Технический результат - повышение прочности и морозостойкости вяжущего. Вяжущее, полученное помолом смеси, содержащей, мас.%: доменный шлак 38-50; двуводный гипс 4-7; горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃+TiO₂ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-36,1; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; P₂O₅ 1,7-2,2; п.п.п.8,5-15,0, содержащий 10-20% минералов гранатов, 3-8; высокоосновный шлак от выплавки металлического марганца остальное, причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 470-480 м²/кг. 2 табл.

Вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, активизатор твердения, двуводный гипс, отличающееся тем, что содержит в качестве активизатора твердения горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃+TiO₂ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-36,1; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; P₂O₅ 1,7-2,2; п.п.п.8,5-15,0, содержащий 10-20% минералов гранатов, и дополнительно - высокоосновный шлак от выплавки металлического марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
доменный шлак 38-50 двуводный гипс 4-7 указанный горный песок 3-8 высокоосновный шлак от выплавки   металлического марганца остальное,