Способ получения добавки к цементу Советский патент 1983 года по МПК C04B7/54 

Изобретение относится к технологии вяжущих материалов, в частности к производству добавок к цементу, повышающих его прочность в ранние сроки твердения, Язвестен способ получения добавки к цементу, включающий соединения алюминия, путем растворен1 я тлиноземсодержащего материала в дисперсионной сред с последующей кристал лиэацией осадка и его отделением Y Этот способ сложен в атшаратурном оформлении, поскольку в Kci46 CTB дисперсионной среды используют силь ную кислоту - крег.шефтористоводород ную.кроме того,получающаяся добавк при ее введении в цемент приводит к его быстрому схватыванию, что затру няет укладку в формы и уплотнение строительных растворов и бетонов, и не позволяет получить высокую ран нюю (в первые 6 ч твердения) прочность. наиболее близким к изобретению является способ получения добавки к цементу путем смешивания алюминийсодержащего компонента с солью щелочно:земельного элемента, причем в качестве алюминийсодержащего компонента используется раствор квасцов в серной кислоте, а в качестье соли щелочноземельного элемента - раствор хлористого кальция в серной кислоте 2 . Недостатками известного способа являются высокая стоимость и малая доступность исходного алюминийсодержащего компонента - квасцов. Кроме того, полученная по известному способу добавка не обеспечивает достаточной прочности цемента в ранние сроки твердения. Так, при введении указанной добавки в количестве 10% в цемент прочность цемента при сжатии через б ч составляет всего 0,8 МПа, а при изгибе 0,3 МПа (см. таблицу) . Цель изобретения - повышение проч ности цемента в ранние сроки твердения, снижение стоимости получаемой добавки и расширение сырьевой базы Цель достигается тем, что согласн способу получения добавки к цементу путем смешивания алюминийсодержащего компонента с солью щелочноземельного элеме.нтй в качестве соли щелочноземельного элемента используют предварительно приготовленный раствор сульф та магния, смешивание его с алюминий содержащим компонентом ведут при тем пературе 20-100°С, рН 7,2-8,8 и моль ном соотношении реагирующих веществ в пересчете на H;2S04 : MgSO : А1 0 : :Ма20 (0,-1,5) : (0,6-2,3) : 1,0: :{lt2-1,6) и кристаллизуют осадок пр той же температуре. При этом в качестве алюминийсодер жащего компонента используют щелочной спек глиноземного производства растЕор алюлданата щелочного металла. Кроме того, в качестве сырья, содержащего сульфат магния, используют эпсомит из морских рассолов. Сущность изобретения заключается в том, что в результате взаимодействия компонентов после смешивания и кристаллизации получается осадок двойного гидроксосульфата алюминия и магния (ДГДМ) с мольным отношением MyOiAljO равным 0,3-2,2, который и является эффективной добавкой к цементу, повышающей его раннюю прочность. При уменьшении количества серной кислоты по сравнению с указанным {что соответствует повышению количества Na,0) в продукте реакции появляются менее активные гидроксиды магния и алюминия. При соотношении MgSOij и вне, указанных пределов часть исходных веществ остается непрореагировавшей , что снижает активность добавки и удорожает ее производство (примеры 16 и 17 в таблице). Увеличение расхода (соответственно уменьшение расхода. ) едет к появлению в продуктах реакции основных солей с меньшим содер-, жанием магния, что та-кже .приводит к онижению активности добавки (примеры 14 и 15 в таблице). При повышении температуры взаимодействия и кристаллизации выше (пример 13 в таблице) происходит разрушение кристаллов ДГАМ вследствие дегидратации (по данным ДТА), а при температуре 20°С, например при (пример 12 в таблице), реакция образования кристаллического ДГАМ не происходит (по данным РФА) . Как видно из таблицы (примеры 12 и 13), цемент с такой добавкой через 6 ч прочностью не обладает. При выходе значений рН за пределы 7,2-8,8 в результате изменения соотношения реагентов (примеры 14-17 в таблице), полученная добавка не дает положительного эффекта, так как при этом образуется либо смесь ДГ7Ш и основных сульфатов алюминия (МдО: :Al20 в смеси 0,2, примеры 14 и 15) , либо -смесь гидроксида магния и ДГАМ (МдО:А1„0,, 2,4, примеры 16 и 17). Исходные реагенты - сульфат магния и алюминийсодержащие материалы, например спек глиноземного производства, гораздо менее дефицитны, чем квасцы, используемые в прототипе, что обеспечивает расширение сырьевой базы и снижение стоимости добавки. Способ испытан в лабораторных условиях. Полученные таким способом добавки показали высокую эффективность цемента при их введении в це- мент при помоле (3,0-10 мас.%) или В воду saTBopeHnk в отношениироста ранней прочности. Пример 1. 100 кг эпсомита (MgSO THgO) с влажностью 30% растворяют в 279,8 кг 10%-ной серной ки лоты и добавляют в полученньШ раствор, нагретый до спек глинозем ного производства, включающий 85% по весу алюмината натрия, в количестве 54,9 кг тщательно перемешивают рН реакционной смеси 7,8. При 50°С течение 3 ч кристаллизуется 125,5 к добавки влажностью 27% с мольным от ношением MgOiAlijO-j 1,0. Выход 97,5%. Мольное соотношение исходных компонентов в пересчете Ha-H2S04 :MqSD4.: AI-j Оэ : равно 1,0:1,0:1,0:1,5. П р и м е р 2. 60 кг эпсомита с влажностью 30% растворяют в 418,7 10%-ной серной кислоты и добавляют в полученный раствор 54,9 кг спека глиноземного производства, содержащего 85% по весу алюмината натрия, тщательно перемешивают; рН реакцион ной смеси 7,2. При в течение 23 ч образуется 90,2 кг добавки вла ностью 32% с мольным отношением МдО:А1.,3:Г. Выход 97%. Мольное соотношение исходных реагентов в пересчете на Н 5045Мд504:А 0 tNa O равно 1,5:0,6:1,0:1,5. Пример 3. 170 кг эпсомита с влажностью 30% растворяют в 221 кг 5%-ной серной кислоты и добавляют в полученный раствор, нагретый до , 54,9 кг спека глинoзe даoгo производства рН реакционной смеси 8,6. После тщательного перемешивания в течение 1 ч кристаллизуется 145,6 кг добавки влажностью 38,5% с мольным отношением MgOiAI Og 1,6:1. Выход 98%. Мольное соотношение исходных реагентов в пересчете на M/;S04 :MgSO., : А1 лОа : 0,4:1,7:1:1,5. Пример 4. 100 кг эпсомита с влажностью 30% растворяют в 280 кг 10%-ной серной кислоты и добавляют в полученный раствор 420 кг щелочного раствора алюмината натрия, содержащего 46,7 кг алюмината натрия (NaAlO/j) и 11,4 кг едкого натра (NaOH), тщательно перемешивают; рН реакционной смеси 8,8. При в течение 2,5 ч кристаллизуется 227,5 кг добавки влажностью 28,5% с мольным отнсиением MgOtAl Oj 2,2. Выход 97%. Мольное соотношение исходных реагентов в пересчете на H(2S04 :MgS04: А1л От : Кзл О равно 0,4:2,3:1,0:1,6. Результаты испытаний цемента состава, мас.%: клинкер 94, сульфат кальция 6, с добавками, полученными согласно предлагаемому и взятыми в количестве 3-10% от веса цемента представлены в таблице.

Они подтверждают эффективность действия добавки, полученной согласно изобретению, по сравнению с добавкой, получаемой известным способом, Так, прочность цемента с добавкой, полученной по способу-прототипу, через 6 ч составляет при сжатии 0,8 МПа и при изгибе 0,3 МПа, а прочность цемента с добавкой, полученной согласно изобретению, соответственно 2-4,9 МПа и 0,5-1 МПа, т.е в 3-6 раз больше.

Поскольку в добавке могут присутствовать примеси, не влияющие на ее эффективность, исходным магниевым сырьем может служить эпсомит, получаемый из морской воды, без предварительной очистки или природные рассолы, образующиеся при упаривании морской воды, содержащие сульфаты и хлориды магния и натрия, а в качестве алюмината натрия может быть взят раствор после выщелачивания глиноземистого спека до отделения из него кремнезема, т.е. включающий до 30% Si 0 (при использования бокситов в качестве исходного сырья}. При использовании нефелина в качестве исходного сырья для получения добавки, гидрогель алюмината натрия, помимо Si02, содержит также примесь КЛ102, которая не препятствует использованию добавки по ее прямому назначению С учетом изложенного сырьевая база для осуществления предложенного способа является широкой, а стоимость получаемой добавки значительно ниже, чем по способу-прототипу.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОБАВКИ К ЦЕМЕНТУ путем смешивания алюминийсодержащего компонента с солью щелочноземельного элемента, отличающий ся тем/ что, с целью повышения прочности цемента в ранние сроки твердения, снижения стоимости получаемой добавки и расширения сырьевой базы, в качестве ооли щелочноземельного элемента используют предварительно приготовленный раствор сульфата магния, смешивание его с алюминийсодержащим кош онентом ведут при температуре 20-100С, рН 7-,28,8 и мольном отношении реагирующих веществ в пересчете на Н 504:Нд504 :Al203:Na20 ( О ,j-1 , 5) : { О ,6-2 , 3) : : 1 , О :