ВЯЖУЩЕЕ ШЛАКОВОЕ Российский патент 2012 года по МПК C04B28/08 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу вяжущего, которое может быть использовано в производстве бетонных, железобетонных изделий и строительных растворов.

Известен портландцемент, содержащий клинкер и гипс [1, стр.137-145]. Портландцемент изготавливают путем совместного помола клинкера и гипса. Гипс вводится в состав портландцемента с целью регулирования сроков схватывания в количестве, обеспечивающем не более 3,5% SO₃ в цементе. На практике содержание гипса в цементе составляет 4%, клинкера - 96%. Обычно портландцемент измельчают до остатка на сите №008 5-8 (по массе). В производстве портландцемента затраты на изготовление клинкера составляют 80% от всех затрат, что является основным недостатком этого вяжущего. Кроме этого клинкер обладает высокой твердостью и прочностью и поэтому затраты на помол являются основными в этой технологии. Общие затраты на спекание клинкера с последующим измельчением достигают 95-97%.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, полученное помолом до 450-470 м²/кг смеси, содержащей, мас.%: горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Аl₂O₃+ТiO₂ 9,8-11,0; FеO+Fе₂О₃ 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; Р₂О₅ 0,5-0,6; SO₃ 1,7-3,2; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15, содержащий 15-20% минералов гранатов, 5-8; двуводный гипс 4-9; доменный гранулированный шлак 30-35; мартеновский лежалый шлак фракции не менее 15 мм - остальное. К недостаткам этого вяжущего относятся повышенная водопотребность, низкая морозостойкость, увеличенный срок твердения. Применение доменного и мартеновского шлаков требует высоких затрат при измельчении.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества вяжущего при использовании в его составе горного песка, хлорида кальция и шлакопортландцемента, гипса двуводного, золы и шлака от сжигания каменного угля.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов в шаровой мельнице, максимальное использование гидравлической (химической) активности, повышение морозостойкости и прочности.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата шлаковое вяжущее, включающее шлаковый компонент, двуводный гипс, активатор, отличающийся тем, что в качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активатора - горный песок состава, мас.%: Аl₂О₃ 9,8-11; CaO 11,3-13,7; SiO₂ 34,1-39,9; FeO+Fe₂O₃ 12,8-36,1; MgO 5,7; Р₂O₅ 1,7-22; Nа₂O₃+K₂O 1,3-3,2; П.П.П. 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl₂O₃ - 12,2; CaO - 3; SiO₂ - 34,9; FeO - 1,9; Fe₂O₃ - 4,2; MgO - 1,5; P - 0,20; S - 0,30; (Nа₂O₃+K₂O) - 0,96; П.П.П. - 40,84 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гипс двуводный 1,5-3 Хлорид кальция 2-3 Горный песок 4 Шлакопортландцемент 42-44 Указанная зола остальное

При этом смесь измельчают до крупности менее 350 м²/кг.

Главными клинкерными материалами являются алит С₃S и белит C₂S. Гидратация белита в нормальных условиях при 20-22°С и влажности 100% протекает очень медленно с образованием гидросиликата кальция CSH (13). При соприкосновении с водой белит C₂S покрывается тонкой пленкой гидросиликата кальция, который отделяется от белита, перекристаллизовывается в кристаллическое вещество C₂SH₂. В возрасте 28 суток гидросиликат C₂SH₂ достаточно прочен.

Гидратация алита С₃S протекает быстрее, чем белита. При этом образуется белит C₂S и далее протекает процесс гидратации с образованием C₂SH₂ (гидросиликатов кальция) и гидроксида кальция Са(ОН)₂, который не является носителем прочности бетона и представлен рыхлыми пластинами.

Таким образом, гидроокись кальция Са(ОН)₂ является вредным балластным материалом, понижает качество вяжущего и далее снижает качество бетона. В период гидратации и твердения цементного камня или бетона удаление из смеси вяжущего гидрооксида кальция не представляется возможным.

Предлагаемое изобретение позволяет решить эту проблему путем добавки в вяжущее золы от сжигания каменного угля. Для этого применяли золу определенного состава (таблица 1), которая содержит оксиды алюминия, железа, кремния, кальция, натрия, калия.

Из [3] известно, что вяжущими свойствами обладают следующие алюминаты: С₄А, С₃А CaSO₄Hx, C₄AFHx, C₄A(F)Hx, С₃А*3СаSO₄*Нх.

Основными вяжущими веществами в цементах обладают силикаты кальция алит С₃S и белит C₂S. Наиболее активными и реакционными являются алюминаты, которые образуются при гидратации цемента. Для этого предлагается подвергать совместному измельчению шлакопортландцемент [3] и отходы сжигания каменного угля (золу, шлак), в которых содержатся алюминаты. Гидроксид кальция образуется при гидратации алита, вступает в реакцию с алюминатами, ферратами, гипсом с образованием вяжущих веществ.

C₄AFHx, С₃А*3СаSO₄*Нх обладают высокими вяжущими свойствами и обеспечивают высокие качества вяжущего, бетонов и растворов из него.

Применение хлорида кальция в количествах 2-3% позволяет повысить морозостойкость бетона из предлагаемого вяжущего. В качестве активизаторов твердения вяжущего предлагается применять горный песок, состав которого приведен в таблице. Горный песок содержит в своем составе минералы гранаты [4, стр.55], которые являются компонентами клинкера. Фактически это природный клинкер, поэтому его рекомендуется применять в качестве активизатора твердения. Кроме этого гранаты обладают высокой плотностью 3,5-4,2 г/см³ и твердостью, что позволяет увеличить прочность бетонов, изготовленных из предложенного вяжущего. Известно [3], что фосфаты металлов и соединения натрия и калия обладают вяжущими свойствами и, следовательно, примеси этих соединений в золе и шлаке каменноугольном способствуют повышению качества вяжущего.

Таким образом, применение в предлагаемом вяжущем золы или котельного шлака от сжигания каменного угля, содержащих алюминаты и ферраты, позволяют исключить из известных вяжущих вредное воздействие гидрооксида кальция Са(ОН)₂. Одновременно предлагается использовать алюмосиликаты, ферроалюмосиликаты, сульфоалюмосиликаты кальция при гидратации и твердении вяжущего. Указанные химические вещества в составе вяжущего значительно повышают его качества.

Пример: Для экспериментов применяли шлакопортландцемент, изготовленный по предлагаемому способу, высушенный двуводный гипс, горный песок, хлорид кальция (таблица 1). Подготовили смеси из указанных компонентов по предложенному составу. Размололи в шаровой мельнице до крупности 350 м²/кг, затворили до получения теста стандартной густоты. Изготовили балочки размером 4*4*16 см с уплотнением на лабораторной виброплощадке. Твердение балочек осуществляли в гидравлической ванне при температуре 25°С. Испытание образцов выполнили в возрасте 28 суток.

Для сравнения изготавливали опытные образцы по прототипу [2]. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Доказано, что предлагаемое вяжущее характеризуется повышенной прочностью и морозостойкостью.

Производство предлагаемого вяжущего позволяет утилизировать золу и шлак от сжигания каменного угля, горный песок (отход обогащения железных руд) и создать базу для производства дешевого высококачественного вяжущего.

Источники информации

1. Справочник по химии цемента. Под редакцией Б.В.Волконского и Л.Г.Судакаса. Л.: Стройиздат, 1980, с.221.

2. Патент RU 2363673, МПК С04В 7/14.

3. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л.: Стройиздат, 1983, с.150.

4. Справочник по химии цементов. Л.: Стройиздат. - 1980, с.55.

Таблица 1   Химический состав компонентов вяжущего, мас.%:   Аl₂О₃ CaO SiO₂ FeO Fe₂O MgO P Na₂O+K₂O П.П.П. Зола 12,2 3 34,9 1,9 4,2 1,5 0,2 0,2 40,84 10 2 35 3 6 0,5 0,1 3,5 39,9 15 12 25 1,5 2 5 5 0,9 33,6 Шлак 6 1,3 40 4,9 6,3 0,4 0,11 0,05 40,94 5,2 2,6 40,4 3,9 5,6 0,1 0,3 0,04 41,86 Горный песок 9,8-11,0 11,3-13,7 34,1-39,9 FeO+Fe₂O₃
12,8-36,1 5,7 P₂O 1,7-22 1,3-3,2 8,5-15,0

Таблица 2 № опыта Состав вяжущего, мас.%: Морозостойкость, цикл Портландце-
мент Зола ТЭЦ Горный песок Гипс Хлорид кальция Качество вяжущего М 1 42 49 4 3 2 М370 80 2 44 47,5 4 1,5 3 М380 82 3 44 47,5 4 2 2,5 М400 90 4 44 49 4 3 2 М420 95 По прототипу           М350 80

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу вяжущего, которое может быть использовано в производстве бетонных, железобетонных изделий и строительных растворов. Вяжущее включает шлаковый компонент, двуводный гипс, активизатор. В качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активизатора - горный песок состава, мас.%: Аl₂O₃ - 9,8-11,0; CaO - 11,3-13,7; SiO₂ - 34,1-39,9; FeO+Fe₂O₃ - 12,8-36,1; MgO - 5,7; Р₂О - 1,7-22; Na₂O₃+K₂O - 1,3-3,2; П.П.П. - 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl₂О₃ - 12,2; CaO - 3; SiO₂ - 34,9; FeO - 1,9; Fe₂O₃ - 4,2; MgO - 1,5; P - 0,20; S - 0,30; (Na₂O+K₂O) - 0,96; П.П.П. - 40,84 при следующем соотношение компонентов, мас.%:

Гипс двуводный 1,5-3 Хлорид кальция 2-3 Горный песок 4 Шлакопортландцемент 42-44 Указанная зола остальное,

при этом смесь измельчают до крупности менее 350 м²/кг. Технический результат - повышение морозостойкости и прочности. 2 табл., 1 пр.

Вяжущее, включающее шлаковый компонент, двуводный гипс, активизатор, отличающееся тем, что в качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активизатора - горный песок состава, мас.%: Аl₂P₃ 9,8-11,0; CaO 11,3-13,7; SiO₂ 34,1-39,9; FеО+Fе₂O₃ 12,8-36,1; MgO 5,7; P₂O 1,7-22; Nа₂O₃+K₂O 1,3-3,2; П.П.П. 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl₂O₃ 12,2; CaO 3; SiO₂ 34,9; FeO 1,9; Fе₂O₃ 4,2; MgO=1,5; P 0,20; S 0,30; (Na₂O+K₂O) 0,96; П.П.П. 40,84 при следующем соотношение компонентов, мас.%:
Гипс двуводный 1,5-3 Хлорид кальция 2-3 Горный песок 4 Шлакопортландцемент 42-44 Указанная зола Остальное,