БЕСКЛИНКЕРНОЕ ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2015 года по МПК C04B7/34 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к вяжущим, и может найти применение в строительной отрасли для изготовления сухих строительных смесей, строительных растворов и бетонов, а также других строительных материалов, в состав которых входят вяжущие вещества.

Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее гидравлическую известь, состоящую из обожженных при температуре 900-1100°C мергелистых известняков, содержащих до 25% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.135-140).

Недостатками вяжущего на основе гидравлической извести являются: низкая прочность, медленная скорость твердения низкий коэффициент размягчения.

Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее романцемент, состоящий из мергелей, обожженных при температуре 800-1100°C, содержащих 25-35% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.140-143).

Недостатками вяжущего на основе романцемента являются: малая прочность, медленная скорость твердения, низкий коэффициент размягчения.

Также известно вяжущее, включающее гидравлическую известь из кремнеземсодержащего известняка и наполнитель из кремнеземсодержащего известняка при содержании в мас.%:

гидравлической извести 23-39%;

наполнителя 61-77%;

Свойства: прочность при сжатии 11,5-25,1 МПа;

водостойкость 0,83-0,98;

(см. патент РФ 2023697 кл. С04B 7/34, бюл. №22, 30.11.94).

Недостатками данного вяжущего являются: ограниченное содержание MgO (до 1,09%) в вяжущем и в силу этого невозможность использования гидравлической извести из магнийсодержащих карбонатных пород (доломитизированных известняков и доломитов), что сужает сырьевую базу, низкая прочность и водостойкость при нормальных условиях твердения, что не позволяет использовать вяжущее для изготовления строительных растворов и бетонов в обычных условиях.

Прототипом для заявляемого изобретения является вяжущее, содержащее обожженную при температуре 800-900°С смесь магнийсодержащих карбонатных пород с глиной при соотношении (3-9):1, в качестве минеральной добавки - отход производства металлургического комбината - доменный гранулированный шлак фракций 0,01-0,08 мм и сульфат магния при следующем соотношении компонентов, маcс.%:

смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины 60-85 доменный гранулированный шлак 10-30 сульфат магния 5-10

(см. патент РФ 2255063 кл. C04B 7/34, Бюл. №18.27.0.05).

Недостатком данного вяжущего является низкая прочность.

Задачей изобретения является повышение прочности при твердении в нормальных условиях.

Результат достигается тем, что вяжущее, включающее обожженную при температуре 800-900°C смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку, согласно изобретению содержит в качестве минеральной добавки - цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу и дополнительно пластификатор СП-1 и ускоритель твердения сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс. %:

указанная смесь 58-85 сульфат магния 3-6 цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода 10-30 пластификатор 1-2 ускоритель твердения 1-4

Результат достигается также тем, что вяжущее содержит в качестве пластификатора: СП-1, в качестве ускорителя твердения: сульфат натрия.

Результат достигается также тем, что соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10):1.

Вяжущее готовилось путем смешения компонентов в шаровой мельнице.

Для получения вяжущего использованы следующие компоненты:

- глина, например, Кощаковского месторождения РТ следующего состава в мас.%: SiO₂ - 68,47; Al₂O₃ - 13,17; Fe₂O₃ - 5,76; CaO - 1,65; MgO - 1,91; K₂O - 1,67; ТiO₂ - 0,78; SO₃ - 0,06; Na₂O - 0,37; P₂O₅ - 0,13; MnO - 0,1; потери при прокаливании - 5,51;

- магнийсодержащие карбонатные породы с содержанием MgO до 20% по ОСТ 21-27-76 "Породы карбонатные для производства строительной извести. Технические условия";

- минеральная добавка: цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода ТУ 5743-002-020069662-96;

- сульфат магния ТУ 2141-025-32496445-01;

- пластификатор СП-1 ТУ 5870-005-58042865-05;

- ускоритель твердения: сульфат натрия ТУ 2141-114-05766575-2004 изм.2;

Для получения образцов вяжущего использовались: смесь из магнийсодержащих карбонатных пород Матюшинского месторождения РТ, глины Кощаковского месторождения РТ, цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода Татарско-Шатрашанского месторождения РТ.

Смесь получали обжигом при температуре 800-900°C измельченной до состояния муки шихты, состоящей из магнийсодержащих карбонатных пород и глины при соотношении (2,7-10):1, с последующим помолом до удельной поверхности 300-350 м²/кг.

Состав смеси в масс.%:

СаО активная 0-20 MgO активная 5-15% (3C₂S, СА, CAF) остальное

Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода высушивалась и подвергалась помолу до полного прохождения через сито 008. Сульфат магния высушивали и обезвоживали.

При затворении вяжущего водой происходит гидратация силикатов и алюминатов кальция, одновременно с этим процессом свободная СаО образует с минералами цеолитсодержащей карбонатно-кремнеземистой породы гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, способствуя повышению прочности и водостойкости.

Пластифицирующая добавка уменьшает количество воды затворения, образуя адсорбционный слой на поверхности твердой фазы, вызывает изменение электрокинетического потенциала и вследствие этого увеличение сил электростатического отталкивания, распад агрегатов и высвобождение мобилизированной во флоккулах воды, увеличивая скорость твердения и прочность.

Сульфат магния повышает растворимость MgO, способствует его гидратации и образованию оксигидросульфатов магния, уплотняющих структуру цементного камня и повышающих прочность и водостойкость.

Сульфат натрия, реагируя с гидратом оксида кальция, образует гипс. Образующийся мелкодисперсный гипс реагирует с минералами и способствует более быстрой выкристаллизации новообразований из цементного геля.

Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая активизирует силикатную и алюминатную фазы вяжущего, способствует ускорению гидролиза и гидратации клинкерных минералов и быстрому набору прочности вяжущего в ранние сроки твердения и дополнительно повышает прочность, эффективно связывая известь при нормальных условиях твердения.

Для испытания составов вяжущего готовились образцы из растворной смеси с песком в соотношении - вяжущее:песок=1:3 при водоцементном отношении 0,4. Испытания основных свойств вяжущего осуществлялось по ГОСТ 30744. Данные по составам приведены в таблице 1, а характеристики вяжущего - в таблице 2.

Таблица 1 № состава состав смеси, м.ч. Количество указанной смеси в бесклинкерном вяжущем, % Содержание добавок, % Сульфат магния Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода СП-1 Сульфат натрия 1 2,7:1 85 3 10 1 1 2 2,7:1 72 4,5 20 1,5 2 3 2,7:1 58 6 30 2 4 4 6,4:1 85 3 10 1 1 5 6,4:1 72 4,5 20 1,5 2 6 6,4:1 58 6 30 2 4 7 10:1 85 3 10 1 1 8 10:1 72 4,5 20 1,5 1 9 10:1 58 6 30 2  

Таблица 2 № состава Прочность на сжатие МПа Прочность на изгиб, МПа Равномерность изменения объема 1 34,2 3,2 Выдержал 2 35,4 3,4 Выдержал 3 33,8 3,3 Выдержал 4 32,3 3,1 Выдержал 5 31,6 3,0 Выдержал 6 31,0 3,0 Выдержал 7 29,7 2,9 Выдержал 8 29,5 2,8 Выдержал 9 29,2 2,8 Выдержал прототип 28,1 2,8 Выдержал

Анализ данных, полученных в результате испытаний вяжущего, показывает, что оно отвечает поставленной цели: имеет прочностные показатели выше, чем у прототипа, состав с наименьшей прочностью обеспечивает прочность выше, чем оптимальный состав прототипа. Также достигается расширение сырьевой базы за счет использования местного магнийсодержащего сырья.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к вяжущим, и может найти применение в строительной отрасли для изготовления сухих строительных смесей, строительных растворов и бетонов, а также других строительных материалов. Технический результат изобретения - повышение прочности в нормальных условиях. Вяжущее включает обожженную при температуре 800-900°C смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку - цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу, пластификатор СП-1 и ускоритель твердения - сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс. %: указанная смесь 58-85, сульфат магния 3-6, цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода 10-30, пластификатор СП-1 1-2, сульфат натрия 1-4. Причем соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10): 1. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1.Бесклинкерное вяжущее, включающее обожженную смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку, отличающееся тем, что в качестве минеральной добавки содержит цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу и дополнительно пластификатор СП-1 и ускоритель твердения сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс.%:
указанная смесь 58-85 сульфат магния 3-6 цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода 10-30 СП-1 1-2 сульфат натрия 1-4

2. Бесклинкерное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10):1.