СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗУСАДОЧНОГО ВЯЖУЩЕГО Российский патент 2010 года по МПК C04B7/32 

Изобретение относится к технологии получения специальных вяжущих материалов, а именно производству расширяющихся и безусадочных цементов.

Известен способ получения вяжущего, включающего портландцемент, доменный гранулированный шлак и расширяющуюся добавку на основе из гипса, железистого боксита и мела (Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник для вузов. / Под ред. Тимашева В.В. - М.: Высш. школа, 1980. - 472 с., ил., стр.420). Технология данного способа предусматривает обжиг этой композиции из гипса, боксита и мела с последующим совместным тонким измельчением всех компонентов в заданной пропорции, причем доля расширяющейся добавки определяет величину объемных изменений. В случае получения расширяющегося цемента ее количество в составе вяжущего должно быть максимальным, а безусадочного - минимальным. Недостатком данного способа является необходимость в создании специальной обжиговой технологической линии для получения расширяющейся добавки.

Известен способ получения расширяющихся и безусадочных цементов путем дозирования и последующего тонкого измельчения 70% глиноземистого цемента и 30% гипса (Химия и технология специальных цементов. / И.В.Кравченко, Т.В.Кузнецова, М.Т.Власова, Б.Э.Юдович; Под общ. ред. И.В.Кравченко. - М.: Стройиздат, 1979. - 208 с., ил., стр.55). Недостатками данного способа являются сложность получения композиции с малым расширением, компенсирующим естественную усадку при гидратации вяжущего, то есть состава, у которого объемы расширения и усадки сбалансированы, а также короткие сроки схватывания композиции, что усложняет ее применение.

Технической задачей, решаемой в изобретении, является разработка способа получения высокопрочного безусадочного вяжущего с удлиненными сроками схватывания и уменьшенным расходом дефицитного глиноземистого цемента.

Указанная задача решается применением способа, в котором компоненты, глиноземистый цемент и гипс, дозируются и подвергаются тонкому совместному измельчению, отличающегося тем, что в состав композиции при совместном измельчении компонентов дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов и полученную композицию измельчают до остатка на сите 008 не более 5%.

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли с применением лабораторной шаровой мельницы. В испытаниях использовали глиноземистый цемент М400, гипсовый камень, кремнеземистый компонент (кварцит), карбонатный компонент (известняк) и пластификатор марки С-3. Исходные материалы предварительно дробились до размера менее 5 мм, затем отвешивались в заданной пропорции из расчета на 0,5 кг смеси и загружались в мельницу. Процесс измельчения осуществляли до величины остатка на сите 008 мм 4-5%.

В табл.1 содержится химический состав материалов, использованных в опытной проверке.

Таблица 1 Химический состав использованных материалов Наименование компонента Содержание оксидов, мас.% SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ глиноземист. цемент 9,9 47,5 8.7 31,1 1,5 0,9 гипсовый камень 3,2 0,9 0,2 32,2 2.4 41,8 кремнезем. компонент 96,6 1,1 0,3 1,8 0,4 - карбонатн. компонент 0,2 0,3 0,2 54,1 0,3 -

Вяжущее испытывали на образцах-таблетках диаметром 28 и высотой 25 мм, изготовленных из теста с пластичностью 120 мм по прибору Суттарда. Для формования образцов использовали формы в виде пластикового кольца с внутренним диаметром 28 и высотой 25 мм, имеющего разрез по образующей. После схватывания теста образцы вместе с формами помещали на воздушно-влажное твердение в эксикатор над водной поверхностью. Дополнительно контролировали расширение образцов путем измерения зазора между кромками разреза.

В табл.2 приведены данные по составам смесей, их свойствам - водовяжущему отношению (В/В-отнош.), срокам схватывания а также прочностным характеристикам образцов, полученных при затвердевании смесей: прочности на сжатие (R_сж) после 3 и 28 суток твердения в воздушно-влажных условиях.

Из данных, представленных в табл.2, следует, что расширение образцов наблюдалось у контрольного состава и состава с малым содержанием пластификатора (1а). Остальные композиции не расширялись, то есть все представленные составы являются безусадочными. По отношению к контрольному составу они имеют удлиненный интервал схватывания. При включении в состав композиции кварца, известняка и пластификатора как совместном, так и раздельном, наблюдается замедление схватывания, повышается прочность образцов.

Из представленного следует, что введение в композицию при ее измельчении кремнеземистого и карбонатного компонентов позволяет удлинить ее сроки схватывания и одновременно, без ущерба для прочности, снизить в ней долю дорогостоящего глиноземистого цемента на 5-30%.

Таблица 2 Состав и свойства безусадочного вяжущего № Состав вяжущего, мас.% В/В отнош. Сроки схватыв.* R_сж, МПа после твердения ГЦ гипс Крм.к Карб.к С-3 начало конец 3 сут. 28 сут. К 70 30 - - - 0,29 0-22 0-44 22,8 35,7⁺ 1 69 30 - - 1 0,21 0-11 0-56 21,6 43,3 1a 69,9 30 - - 0,1 0,28 0-24 0-50 24,5 38,8⁺ 1б 67 30 1 1 1 0,22 0-15 1-10 24.1 58,5 2 69 22,5 7,5 - 1 0,28 0-22 0-50 31,5 61,3 2a 69 20 10 - 1 0,27 0-26 0-54 29,3 55,4 2б 64 20 15 - 1 0,25 0-24 0-48 24,3 50,4 3 68 30 1 - 1 0,22 0-14 0-58 30,2 59,9 4 58 18,5 7,5 15 1 0,28 0-25 1-15 14,2 43,2 5 56 17 6 20 1 0,28 0-23 1-20 16,9 49,1 6 52,5 16 5,5 25 1 0,28 0-20 1-05 20,9 39,1

К - контрольный состав по прототипу; Крм.к. - кремнеземистый компонент; Карб.к. - карбонатный компонент; В/В отнош. - водовяжущее отношение, * - час-мин; ⁺ - образцы расширились.

Максимальное количество кремнеземистого компонента в композиции не должно превышать 15%, а карбонатного - 25%. Превышение указанных пределов заметно понижает прочность вяжущего - составы 2б и 6. Минимальная доля вводимых добавок для кремнеземистого и карбонатного компонентов не должна быть менее 1% (составы 2б и 3), а для пластификатора - менее 0,1% (состав 1а).

Для кремнеземистого и карбонатного компонентов минимум содержания определяется, исходя из уровня дополнительных затрат, связанных с усложнением технологического процесса: при увеличении количества компонентов. Эффект от их включения в композицию должен превышать затраты на усложнение технологической схемы, связанные с установлением дополнительных расходных бункеров и дозаторов. Поскольку эти компоненты дешевле глиноземистого цемента, который они частично замещают в композиции, то целесообразно, чтобы доля кварца в композиции была не ниже 5, а известняка не менее 15%.

Введение в композиции кремнеземистого компонента снижает в гипсоцементном тесте концентрацию гидрооксида глинозема и сульфат-иона, что замедляет формирование гидросульфоалюминатов кальция, основной фазы цементного камня, образующейся при гидратации глиноземистого цемента в присутствии гипса. Указанное разбавление способствует замедлению схватывания вяжущего. Карбонатный компонент образует с продуктами гидратации глиноземистого цемента комплексные гидратные фазы, увеличивающие прочность формирующегося цементного камня, что позволяет уменьшить в композиции содержание затратной цементной составляющей без снижения прочности. Кроме того, разбавление композиции карбонатным компонентом усиливает «эффект разбавления» от введения кремнеземистого компонента, то есть дополнительно удлиняет сроки схватывания. Присутствие в композиции пластификатора, а также ее тонкое измельчение до остатка на сите 008 менее 5%, повышает эффективность от введения кремнеземистой и карбонатной добавок. По этой причине прочность композиции, несмотря на существенное снижение в ней количества цемента, остается высокой.

Использование предлагаемого способа позволит получать безусадочное вяжущее с высокими прочностными показателями, оптимальным по продолжительности интервалом схватывания при одновременном снижении стоимости композиции на 15-30%.

Изобретение относится к технологии получения специальных вяжущих материалов, а именно к производству расширяющихся и безусадочных цементов. Технический результат - удлинение сроков схватывания безусадочного вяжущего. В способе получения безусадочного вяжущего на основе глиноземистого цемента и гипса, включающем дозирование и последующее тонкое совместное измельчение компонентов, в состав композиции при совместном измельчении дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов, а полученную смесь измельчают до остатка на сите 008 не более 5%. 2 табл.

Способ получения безусадочного вяжущего на основе композиции глиноземистого цемента и гипса, включающий дозирование и последующее тонкое совместное измельчение компонентов, отличающийся тем, что в состав композиции при совместном измельчении ее компонентов дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов, а полученную смесь измельчают до остатка на сите 008 не более 5%.