Вяжущее вещество на основе высококальциевой золы-уноса Российский патент 2023 года по МПК C04B7/28 

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам вяжущих веществ на основе высококальциевой золы-уноса, и может быть использовано при изготовлении растворов, бетонов и безобжигового зольного гравия.

Высококальциевая зола с большим содержанием свободного оксида кальция (15-30%) обладает вяжущими свойствами, но отвердевание такого вяжущего вещества сопровождается сильным расширением и растрескиванием, что ограничивает его использование в производстве бетонов.

Известно вяжущее вещество [А.с. СССР №1308587, С04В 7/28, 3.04.1985], включающее золу-уноса и горную породу с содержанием гейландита.

Недостатком известного вяжущего вещества является то, что равномерность изменения объема достигается только при использовании в его составе золы с содержанием свободного оксида кальция до 5%. При использовании в вяжущем веществе высококальциевой золы с увеличенным содержанием свободного оксида кальция оно не выдерживает испытаний на равномерность изменения объема.

Известно вяжущее вещество [RU 2255062 С1, С04В 7/28, 21.01.2004], включающее высококальциевую золу-уноса, гипс, хлорид кальция, известковый алевролит и отработанное машинное масло в качестве активизирующей добавки.

Недостатком вяжущего вещества является его материалоемкость. Кроме этого, в составе используется известковый алевролит, что ведет к истощению природных ресурсов, а также усложняет производство сырьевой смеси из-за необходимого совместного помола алевролита с другими компонентами.

Известно вяжущее вещество [RU 2031876 С1, С04В 7/28, 27.03.1995], включающее высококальциевую золу-уноса и алюмосиликатную добавку, которой является суспензия каолинитовой глины и хлорида кальция.

Указанный состав вяжущего вещества обеспечивает равномерность изменения объема при использовании золы с увеличенным содержанием свободного оксида кальция. Несмотря на указанное достоинство, при использовании в составе вяжущего вещества максимального содержания золы в 69% прочность на сжатие составляет всего 17,5 МПа. Кроме этого, применение хлорида кальция в составе вяжущего вещества вызывает мгновенное схватывание и коррозию арматуры.

В качестве прототипа выбрано наиболее близкое к изобретению по технической сущности бесцементное вяжущее вещество [RU 2602279 С1, 20.11.2016], включающее высококальциевую золу-унос, микрокремнезем МКУ-85 и добавку солевых минерализованных стоков - отхода производства цветной металлургии, получаемых в результате нейтрализации промышленных стоков металлургического производства - попутного продукта аффинажа цветных и драгоценных металлов известковым молоком, содержащую соли кальция и натрия.

Техническая проблема, решаемая изобретением состоит в повышении прочности вяжущего вещества, снижении агрессивности в отношении арматуры и нейтрализации расширения при использовании для его изготовления высококальциевой золы-уноса.

Решение указанной технической проблемы достигается тем, что создается вяжущее вещество включающее высококальциевую золу-уноса, алюмосиликатную добавку и минеральную соль, содержащее в качестве алюмосиликатной добавки микрокремнезем, а в качестве минеральной соли -комплексную добавку хлорида магния и нитрата кальция при следующем соотношении компонентов, мас. % (на сухое вещество): высококальциевая зола-уноса - 60-65; микрокремнезем МКУ-85 - 24,5-35,5; нитрат кальция -1,5-3; хлорид магния - 4,5-6.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что создается вяжущее вещество, включающее высококальциевую золу-уноса, алюмосиликатную добавку и минеральную соль, котороесодержит в качестве алюмосиликатной добавки микрокремнезем, а в качестве минеральной соли -комплексную добавку хлорида магния и нитрата кальция при следующем соотношении компонентов, мас. % (на сухое вещество): высококальциевая зола-уноса - 60-65, микрокремнезем - 24,5-35,5, нитрат кальция - 4,5-6, хлорид магния - 1,5-3.

Алюмосиликатная добавка в виде микрокремнезема, вступающего на ранней стадии в химическую реакцию с оксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов, исключает расширение и обеспечивает трещиностойкость при использовании высококальциевой золы-уноса с содержанием свободного оксида кальция свыше 15%. Введение комплексной добавки, состоящей из хлорида магния и нитрата кальция, повышает прочность вяжущего вещества. Установлено, что при совместном использовании этих двух компонентов прочность при сжатии выше, чем при раздельном применении каждой из них. Кроме этого, нитрат кальция является ингибитором коррозии арматуры в бетоне и компенсирует агрессивное действие хлоридов, а также ускоряет твердение и не вызывает мгновенного схватывания.

На прилагаемых к описанию изобретения иллюстрациях дано:

На фиг. 1 изображено испытание на расширение зольного теста с различными добавками в кольцах Ле-Шателье, где под обозначением MS представлена добавка микрокремнезема МКУ-85, которая не вызывает расширения.

На фиг. 2 изображено испытание на расширение зольного теста с различным процентным содержанием микрокремнезема в кольцах Ле-Шателье.

На фиг. 3 изображен график влияния микрокремнезема (MS) на деформацию расширения зольного теста.

Для получения предлагаемого вяжущего вещества применяют высококальциевую буроугольную золу-уноса Березовской ГРЭС с содержанием, %: СаОобщ 39,8-54,7; СаОсв 16,3-32,3; MgO 4,5-6,0; SiO2 15,5-21,6; Al2O3 6,9-10,3; Fe2O3 6,7-12; Na2O+K2O 1,2-1,8; SO3 2,6-3,9; п.п. п. 1,2-5,8; микрокремнезем МКУ-85, хлорид магния и нитрат кальция.

Компоненты вяжущего вещества смешивают в заданном соотношении, затворяют водой в количестве 36% от массы смеси золы и микрокремнезема МКУ-85, который выпускается в соответствии с ГОСТ 58894-2020 Микрокремнезем конденсированный для бетонов и строительных растворов, и тщательно перемешивают в течение 3 минут. Водотвердое отношение подбиралось предварительно из условия получения теста нормальной густоты.

Для определения прочности из указанного вяжущего вещества было приготовлено 12 образцов кубической формы, размерами 32x32x32 мм. Распалубка образцов производилась через 2 суток. Все образцы после распалубки были помещены в пластиковые контейнеры и плотно закрыты крышкой, то есть были изолированы от окружающего воздуха. По три образца были испытаны на прочность при сжатии через 7, 14, 28 и 56 суток с момента изготовления. В таблице 1 приведены результаты определения прочности при сжатии.

Сравнение прочностных характеристик предлагаемого вяжущего вещества с различными составами ближайшего аналога приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемое вяжущее вещество имеет прочность на 23-40% выше, чем у аналога и не имеет негативного воздействия на арматуру в бетоне за счет использования нитрата кальция, являющегося ингибитором коррозии арматуры. Кроме этого, разработанное вяжущее вещество является более экономичным, чем известные, благодаря использованию промышленных отходов (зола-уноса, микрокремнезем) вместо природных материалов.

Из-за высокого содержания оксида кальция в свободном состоянии (>10%) в высококальциевой золе-уноса происходит гидратация оксида кальция в позднем возрасте материала, когда его основная масса уже затвердела и это сопровождается увеличением объема (расширением), что приводит к образованию трещин.

Для нейтрализации расширения зольного теста опробован ряд добавок, которые могли бы связать оксид кальция в виде солей и тем самым предотвратить расширение. Были изготовлены образцы из зольного вяжущего с различными добавками, с которыми проведены испытания в кольцах Ле-Шателье (фиг. 1). Наибольшее влияние на расширение окащал микрокремнезем (MS). После было подобрано процентное содержание микрокремнезема от массы золы-уноса, которое полностью исключает расширение (фиг. 2). На графике (фиг. 3) оранжевой линией (кривая номер 6) изображен лучший результат содержания микрокремнезема - 42.9% от массы золы-уноса.

Указанный состав обеспечивает технические характеристики вяжущего, установленные ГОСТ 31108-2020 для общестроительных цементов класса 32,5 М.

Предлагаемое вяжущее вещество может быть использовано для изготовления растворов, бетонов и безобжигового зольного гравия.

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам вяжущих веществ на основе высококальциевой золы-уноса, и может быть использовано при изготовлении растворов, бетонов и безобжигового зольного гравия. Вяжущее вещество включает высококальциевую золу-уноса, микрокремнезем МКУ-85 и соль кальция. В качестве соли кальция оно содержит нитрат кальция и дополнительно хлорид магния при следующем соотношении компонентов, мас. % (на сухое вещество): высококальциевая зола-уноса - 60-65; микрокремнезем МКУ-85 - 24,5-35,5; нитрат кальция - 4,5-6; хлорид магния - 1,5-3. 3 ил., 2 табл.

Вяжущее вещество, включающее высококальциевую золу-уноса, микрокремнезем МКУ-85 и соль кальция, отличающееся тем, что оно содержит в качестве соли кальция нитрат кальция и дополнительно хлорид магния при следующем соотношении компонентов, мас. % (на сухое вещество): высококальциевая зола-уноса - 60-65; микрокремнезем МКУ-85 - 24,5-35,5; нитрат кальция - 4,5-6; хлорид магния - 1,5-3.