ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2012 года по МПК C04B7/14 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности минеральных вяжущих, и может быть использовано в производстве шлакощелочных вяжущих.

Известны, например, шлакощелочные цементы, представляющие собой гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов (Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. Под ред. В.Д.Глуховского. - Киев, 1981, с.49-50).

Для производства шлакощелочного цемента используются преимущественно доменные и электротермофосфорные шлаки, отвечающие требованиям ГОСТ 3476-74, тонкость помола которых характеризуется удельной поверхностью не ниже 300 м²/кг (3000 см²/г по прибору ПСХ-2).

Щелочные компоненты, которые являются составной частью шлакощелочных цементов, вводятся в них в количестве 5-15% от массы шлаков в пересчете на сухое вещество, в том числе несиликатные соли слабых кислот типа кальцинированной соды.

Недостатком таких вяжущих являются большие энергозатраты на тонкое измельчение металлургических шлаков.

Известен способ интенсификации помола цементного клинкера за счет добавки двуводного гипса в количестве 2,5-3% массы клинкера. Добавка гипса улучшает процесс измельчения сырьевой смеси за счет уменьшения налипания и агрегирования мелких фракций цемента (Справочник по производству цемента. Под ред. И.И.Холина. - М., 1963, с.346).

Однако в случае шлакощелочного вяжущего добавка гипса ухудшает его свойства. Гипс, реагируя с щелочным компонентом, значительно сокращает сроки схватывания шлакощелочного вяжущего, что затрудняет условия его использования. Кроме того, в результате реакции гипса с щелочным компонентом щелочь нейтрализуется, что приводит к снижению прочности шлакощелочного вяжущего и бетона на его основе (Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. Под ред. В.Д.Глуховского. - Киев, 1981, с.115-116).

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является вяжущее с добавкой 0,3-0,5% каменного угля, являющегося интенсификатором помола измельчаемого материала (статья «Портландцемент и его разновидности» от 15 февраля 2010, авторы Л.И.Дворкин О.Л.Дворкин http://m350.ru/articles/more/v/id/85/).

Недостатками известного вяжущего является то, что, вводимый в его состав интенсификатор помола, не обеспечивает повышение степени пластификации получаемого шлакощелочного вяжущего и его трещиностойкости.

Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация помола доменного гранулированного шлака с обеспечением повышения пластификации получаемого шлакощелочного вяжущего, его прочности и трещиностойкости.

Сущность изобретения заключается в том, что вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, интенсификатор помола и кальцинированную соду, содержит в качестве интенсификатора помола пылевидный отход механической обработки электродов, улавливаемый системой пылеудаления, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Доменный гранулированный шлак 92,72-94,90 Пылевидный отход механической обработки электродов 0,10-0,28 Синтетическая кальцинированная сода 5,00-7,00

Технический результат заявляемого изобретения заключается в следующем: введение в состав вяжущего добавки пылевидного отхода механической обработки электродов в количестве 0,1-0,3% от массы шлака позволяет на 9-17% ускорить процесс помола доменного гранулированного шлака по сравнению с известной добавкой каменного угля, соответственно снизить энергоемкость и увеличить производительность мельниц, что обеспечивает удешевление производства шлакощелочного вяжущего. При этом добавка предложенного интенсификатора помола за счет пластифицирующего эффекта снижает нормальную густоту теста с 26 до 22-23% и повышает в возрасте 28 суток нормального твердения прочность при сжатии на 6-11% и трещиностойкость шлакощелочного вяжущего на 27-41%.

Характеристики исходных материалов

1. Гранулированный шлак.

Для опытной проверки заявляемого вяжущего использовали доменный гранулированный шлак Мариупольского металлургического завода, характеризующийся следующими данными.

Химический состав, %:

SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ общ СаО MgO SO₃ общ TiO₂ Р₂О₅ R₂O Cl₂ ППП 38,10 6,38 0,72 40,92 5,86 0,41 0,18 0,025 1,61 <0,05 <0,05

По классификации ГОСТ 3476-74 данный шлак с коэффициентом качества К_к=1,46, модулем активности М_а=0,18 и модулем основности М_о=1,12 относится к третьему сорту. 2.

Щелочной компонент.

В качестве несиликатного щелочного компонента использована сода синтетическая кальцинированная, отвечающая требованиям ГОСТ 5100-85.

По классификации В.Д.Глуховского сода кальцинированная относится ко второй группе щелочных компонентов шлакощелочных цементов (Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. - Киев, 1978, c.28).

3. Интенсификатор помола шлака.

Для интенсификации помола гранулированного шлака использована добавка пылевидного отхода электродного производства, улавливаемого системой пылеочистки цехов механической обработки электродов Новочеркасского электродного завода. Указанный пылевидный отход механической обработки электродов характеризуется следующими показателями: проходит через сито с отверстиями 1,25 мм - 100% и 0,071 мм - 80-85%; истинная плотность вещества пыли 2,06-2,10 г/см³; средняя насыпная плотность 0,65-0,82 г/см³. Химический состав мас.%: углерод 96-98 (не менее 95% углерода представлено графитом); карбид кремния 1,5-2,0; оксиды кремния, железа и алюминия - остальное.

Пример.

Для экспериментальной проверки заявляемого вяжущего доменный гранулированный шлак Мариупольского металлургического завода размалывали в лабораторной шаровой мельнице совместно с интенсифицирующей помол добавкой пылевидного отхода механической обработки электродов до удельной поверхности 3000 см²/г, определяемая на приборе ПСХ-2 по общепринятой методике.

Измельченный до требуемой удельной поверхности доменный гранулированный шлак совместно с интенсификатором помола затворяли раствором кальцинированной соды плотностью 1,050-1,071 г/см³ при температуре 20°С из расчета дозировки соды по сухому веществу 5-7% (3,5-4% по Na₂O) от массы шлака с корректировкой расхода воды для получения теста нормальной густоты, определяемой стандартным методом.

Из теста нормальной густоты формовали образцы кубы с ребром 70 мм для прочностных испытаний в возрасте 28 суток нормального твердения и образцы балочки 40×40×160 для определения трещиностойкости.

Силовую характеристику трещиностойкости шлакощелочного вяжущего, так называемую вязкость разрушения при статическом нагружении, определяли на образцах-балочках размером 40x40x160 мм 28-дневного возраста, в условиях неравновесных механических испытаний в соответствии с ГОСТ 29167-91. Такие испытания характеризуются потерей устойчивости процесса деформирования образца в момент локализации деформации по достижении максимальной нагрузки с соответствующим развитием магистральной трещины. Для этого изготовляли образцы-балочки размером 40×40×160 мм с глубиной начального надреза 10 мм и шириной 0,5 мм, получаемого путем закладывания при формовании образцов стальных пластинок соответствующих размеров.

Характеристикой трещиностойкости в соответствии с ГОСТ 29167-91 является условный критический коэффициент интенсивности напряжений , который определяется по экспериментальным данным с использованием зависимости:

где - нагрузка, соответствующая динамическому началу движения магистральной трещины при неравновесных испытаниях, МН;

L₀, b, t, a₀ - размеры образца и длина начального надреза (по ГОСТ 29167-91), м;

- относительная длина начального надреза (в нашем случае λ=0,25).

Результаты испытаний приведены в таблице, из которой видно, что предлагаемое вяжущее, включающее в качестве интенсификатора помола добавку 0,10-0,28% пылевидного отхода механической обработки электродов, в сравнении с прототипом характеризуется сокращением на 15-25% длительности помола шлака, снижением с 26 до 22-23% нормальной густоты теста, повышением в возрасте 28 суток нормального твердения прочности при сжатии на 6-11% и трещиностойкости шлакощелочного цементного камня на 27-41%.

Физико-механические характеристики состава № Состав вяжущего, мас.% Длительность помола до S_уд=3000, см²/г·мин Нормальная густота теста, % Прочность при сжатии, МПа/% Коэффициент трещиностойкости /% доменный шлак интенсификатор помола кальцинированная сода   Предлагаемый 95 25 57,3/101 0,43/104 1 93,05 пылевидный отход механической обработки электродов 6,00 0,05 2 94,90 0,10 5,00 85 23 60,2/106 0,52/127 3 93,80 0,20 6,00 75 22 63,1/111 0,58/141 4 92,72 0,28 7,00 80 23 61,9/109 0,55/135 5 92,00 0,50 7,50 85 23 61,3/108 0,54/132   Прототип 100 26 56,8/100 0,41/100 6 93,60 каменный уголь 6,00 0,40

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности минеральных вяжущих веществ, и может быть использовано при производстве шлакощелочных вяжущих. Вяжущее включает доменный гранулированный шлак, интенсификатор помола и кальцинированную соду. В качестве интенсификатора помола содержит пылевидный отход механической обработки электродов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Доменный гранулированный шлак 92,72-94,90 Пылевидный отход механической обработки электродов 0,10-0,28 Синтетическая кальцинированная сода 5,00-7,00

Технический результат - повышение пластификации, прочности и трещиностойкости. 1 табл.

Вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, интенсификатор помола и синтетическую кальцинированную соду, отличающееся тем, что в качестве интенсификатора помола оно содержит пылевидный отход механической обработки электродов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Доменный гранулированный шлак 92,72-94,90 Пылевидный отход механической обработки электродов 0,10-0,28 Синтетическая кальцинированная сода 5,00-7,00