ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2015 года по МПК C04B11/26 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий.

Известна строительная смесь на основе фосфогипса дигидрата и портландцемента, содержащая в качестве добавки высококремнеземистый отход производства ферросилиция при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Фосфогипс дигидрат 60-80 Портландцемент 15-25 Указанный отход производства 5-15 Вода (сверх 100%) 10-12

При этом материал, полученный на основе данной смеси методом прессования, при давлении 80 МПа через 28 суток твердения в естественных условиях имеет предел прочности при сжатии от 15,3 до 22,3 МПа и коэффициент размягчения от 0,6 до 0,71 (патент РФ №2074843, кл. C04B 28/14, C04B 111:20. Опубл. 10.03.1997 г.).

К недостаткам известной строительной смеси относятся низкая водостойкость материала (Кр=0.6-0.71, что относится к группе не водостойких строительных материалов), высокие энергетические затраты на формование изделий (давление прессования 80 МПа), что ограничивает габариты формуемых изделий и, соответственно, сужает номенклатуру строительных изделий, изготавливаемых на основе данной смеси.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является вяжущее, включающее компоненты при следующем соотношении, мас.%: бокситовый шлам, термообработанный при температуре 350-450°C, 84-87; фосфогипс, термообработанный при температуре 150°C, 7-12; MgCl₂ 4-6. Прочность вяжущего 15.0 МПа, морозостойкость 100 циклов (патент РФ №2016867, кл. C04B 7/00. Опубл. 30.07.1994 г.).

Однако известное вяжущее имеет низкий предел прочности при сжатии, а также высокую температуру обработки фосфогипса.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение предела прочности при сжатии, водостойкости материала.

Технический результат заключается в получении вяжущего с улучшенными эксплуатационными показателями.

Поставленная задача решается тем, что в композицию для изготовления вяжущего, включающую фосфогипс дигидрат, дополнительно введены стеарат цинка, кремнеземсодержащий компонент техногенного происхождения - мелкодисперсный бой керамического кирпича (МБКК) или керамзитовая пыль из циклонов (КП), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фосфогипс дигидрат 77,0-87,5 Стеарат цинка 2,5-3,0 Кремнеземсодержащий компонент - мелкодисперсный   бой керамического кирпича или керамзитовая пыль   из циклонов 10,0-20,0

Оптимальное содержание в композиции кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения 10,0-20,0 (мас.%) и стеарата цинка 2,5-3,0 (мас.%), так как снижение кремнеземсодержащего компонента менее 10,0 (мас.%) не приводит к проявлению вяжущих способностей композиции, а превышение 20 (мас.%) приводит к снижению марки вяжущего. Введение стеарата цинка менее 2,5 (мас.%) не позволяет повысить коэффициент водостойкости до 0.8, а при введении более 3,0 (мас.%) приводит к удорожанию вяжущего.

В качестве кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения применяли мелкодисперсный бой керамического кирпича, керамзитовую пыль из циклонов в виде мелкодисперсного порошка с удельной поверхностью S_уд=2000-2500 см²/г, химический состав представлен в таблице 1.

Таблица 1 Кремнеземсодержащий компонент Химический состав, мас.% SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ п.п.п. МБКК ЗАО «Строительные материалы. Энгельсский кирпичный завод» 58,75-69,64 5,99-7,13 6,87-9,15 3,12-4,98 1,12-1,18 0,08-0,09 0,65 МБКК ООО «Завод керамического кирпича» 63,57-71,22 6,43-7,44 5,68-8,97 3,08-4,67 1,08-1,15 0,07-0,08 0,73 Керамзитовая пыль ООО «Кронверк» 56,38-59,25 18,32-19,85 7,0-9,2 1,38-3,1 2,35-3,10 0,93-1,4 1,05 Керамзитовая пыль завод КПД ООО «Профспецстрой» 60,53-62,74 15,28-16,41 7,04-7,63 2,59-4,58 2,35-2,64 0,07-0,36 1,21

Основной положительный эффект от введения в вяжущее кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения достигается за счет его повышенной адсорбционной способности. В результате совместного помола (механоактивации) фосфогипса дигидрата и кремнеземсодержащего компонента происходит физико-химическая адсорбция пассивирующих пленок с поверхности частиц фосфогипса дигидрата за счет высокоразвитой удельной поверхности и пористости кремнеземсодержащего компонента (МБКК - S_уд=75-81 м²/г, эффективный диаметр пор 36Å; керамзитовая пыль S_уд=87-99 м²/г, эффективный диаметр пор 41Å).

Повышение прочности вяжущего объясняется стерическим эффектом, когда определенный объем наполнителя участвует в образовании каркаса в сочетании с частицами фосфогипса дигидрата. Ультрадисперсные частицы кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения в результате совместной механоактивации с фосфогипсом дигидратом выполняют роль каркаса в затвердевшем материале, что позволяет повысить прочность вяжущего до 16,0-18,0 МПа.

При этом в качестве добавки, повышающей водостойкость вяжущего, выбран стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn), который является гидрофобизирующей добавкой и позволяет повысить коэффициент водостойкости на 20% - до К_р=0,81-0,85. Эффективное действие стеарата цинка на повышение коэффициента водостойкости объясняется блокированием поверхности микропор затвердевшего вяжущего, что обуславливается снижением водопоглощения до 6% (масс.). Повышение указанных свойств позволяют расширить номенклатуру изделий и область применения предлагаемого вяжущего от изготовления материалов для отделочных работ внутри помещений до наружных отделочных материалов, а также изготовления стеновых материалов на основе предлагаемого вяжущего.

Для составления композиций комплексного вяжущего использованы следующие исходные материалы: фосфогипс дигидрат с ООО «Балаковские минеральные удобрения» (химический состав приведен в табл.2); стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn - ТУ 6-09-17-316-96); кремнеземсодержащий компонент техногенного происхождения: МБКК ЗАО «Строительные материалы. Энгельсский кирпичный завод» г. Энгельс Саратовская область или МБКК ООО «Завод керамического кирпича» г. Саратов, или керамзитовая пыль из циклонов ООО «Кронверк» г. Саратов или керамзитовая пыль из циклонов завод КПД ООО «Профспецстрой» г. Энгельс Саратовская область (химический состав приведен в табл.2).

Таблица 2 CaO SO₄ P₂O₅ SiO₂ Fe₂O₃ F pH 27,3-31,02 54,15-65,40 0,98-1,19 0,55-0,68 0,35-0,44 0,18-1,7 4,5-5,8

Приготовление вяжущего производят в следующей последовательности: необожженный фосфогипс дигидрат с влажностью не более 16-18% с удельной поверхностью частиц S_уд=1600-1800 см²/г в количестве 77,0-87,5% (масс.) от общего количества (например 85,3 с S_уд=1700 см²/г для состава №8 таблицы 3) и кремнеземсодержащий компонент техногенного происхождения с удельной поверхностью частиц S_уд=2000-2500 см²/г в количестве 10-20% (масс.) от общего количества (например 12,0 с S_уд=2200 см²/г для состава №8 таблицы 3) помещают в шаровую мельницу, где производят совместный помол (механоактивацию) сырьевой смеси до удельной поверхностью частиц S_уд=3500-4200 см²/г. Полученную смесь загружают в тепловой агрегат, в котором осуществляют обработку при 150°C в течение 2 часов (низкотемпературный обжиг). Образовавшееся вяжущее загружают в смеситель, куда в последствии подают стеарат цинка (цинк стеариновокислый) в количестве 2,5-3% (масс.) от общего количества вяжущего (например, 2.7% для состава №8 таблицы 3) и смешивают эти компоненты в течение 2-2,5 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 180-200 об/мин (для состава №3 таблицы 3-190 об/мин). После чего полученное готовое вяжущее упаковывают в герметичную тару.

В таблице 3 приведены конкретные составы предлагаемого вяжущего, а в таблице 4 - физико-механические характеристики заявленного вяжущего.

Таким образом, вяжущее, изготовленное из предлагаемых компонентов, обладает более высокими показателями предела прочности при сжатии и коэффициента размягчения (водостойкости) по сравнению с показателями известного вяжущего (прототипа).

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий. Технический результат заключается в повышении прочности и водостойкости материала. Вяжущее содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: фосфогипс дигидрат - 77,0-87,5; кремнеземсодержащий компонент техногенного происхождения - мелкодисперсный бой керамического кирпича (МБКК) или керамзитовая пыль из циклонов (КП) - 10,0-20,0; стеарат цинка - 2,5-3,0. 4 табл.

1. Вяжущее, включающее фосфогипс дигидрат, отличающееся тем, что дополнительно содержит кремнеземсодержащий компонент техногенного происхождения, а также гидрофобизирующую добавку - стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фосфогипс дигидрат 77,0-87,5 Стеарат цинка 2,5-3,0 Кремнеземсодержащий компонент 10,0-20,0

2. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения содержит мелкодисперсный бой керамического кирпича.

3. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента техногенного происхождения содержит керамзитовую пыль из циклонов.