вяжущее

Формула изобретения

ВЯЖУЩЕЕ для получения строительных материалов, включающее цемент, гипссодержащий компонент, золу гидроудаления ТЭС, отличающееся тем, что оно содержит в качестве гипссодержащего компонента отходы производства фосфорных удобрений фосфогипс полуводный, золу гидроудаления ТЭС с удельной поверхностью 3500 4100 см²/г и дополнительно измельченные отвальные глинистые сланцы при следующем соотношении компонентов, мас.

Цемент 6,0 8,0

Отходы производства фосфорных удобрений фосфогипс полуводный 20,0 - 23,0

Зола гидроудаления ТЭС с удельной поверхностью 3500 4100 см²/г - 46,0 54,0

Измельченные отвальные глинистые сланцы 20,0 23,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности производства строительных материалов, в частности к изготовлению вяжущего для производства шлакоблоков, шлакоплит, формованного кирпича, черепицы; в композиции с различными наполнителями и заполнителями бетонных смесей для производства ненапряженных бетонов, а также для укрепления грунта при строительстве дорог, неупрочненных транспортных путей, площадок, бассейнов, тел каналов и плотин, рулежных дорожек, погрузочных площадок, фундаментных зданий.

Известно вяжущее для производства стеновых камней [1] включающее цемент, измельченные фракции минерального заполнителя (глинистого сланца отхода горнодобывающей промышленности), стойкого к набуханию в воде и замораживанию, и воду, в котором в качестве минерального заполнителя может использоваться также измельченный гранит в соотношении 80-90% к общей массе смеси.

Недостатком шлакоцементного вяжущего является его высокая стоимость в связи с большими энергозатратами на получение и переработку доменного гранулированного шлака, а также в связи с наличием в нем дефицитного и дорогостоящего цемента.

Наиболее близким по технической сущности и количеству сходных признаков является вяжущее сульфатно-зольный цемент, включающий цемент 10-30% гипссодержащий компонент 5-25% и тонкомолотую золу гидроудаления ТЭС [2]

К недостаткам вяжущего следует отнести его высокую стоимость вследствие наличия в нем большого количества портландцемента, необходимость введения в него высокоактивной добавки, а также относительно невысокая степень утилизации техногенных отходов.

Задачей, решаемой изобретением, является создание активного шлакощелочного вяжущего с пониженным содержанием цемента в нем, позволяющего одновременно решать и экологические проблемы регионов размещения топливно-энерге- тической, химической и горнодобывающей отраслей.

Техническим результатом при использовании предложенного вяжущего является снижение стоимости вяжущего и расширение перечня утилизируемых техногенных отходов при сохранении высокого показателя прочности вяжущего и изделий на его основе, уменьшение их водопоглощения.

Вышеназванный технический результат достигается тем, что вяжущее для получения строительных материалов, включающее цемент, гипссодержащий компонент, золу гидроудаления ТЭС, содержит в качестве гипсосодержащего компонента отходы производства фосфорных удобрений фосфогипс полуводный, золу гидроудаления ТЭС с удельной поверхностью 3500-4100 см²/г и дополнительно измельченные отвальные глинистые сланцы при следующем соотношении компонентов, мас. Цемент 6,0-8,0 Отходы производ- ства фосфорных удобрений фос- фогипс полуводный 20,0-23,0 Измельченные от- вальные глинистые сланцы 20,0-23,0 Зола гидроудаления ТЭС (помол до удель- ной поверхности 3500-4100 см²/г) 46,0-54,0

при этом удельные поверхности цемента, фосфогипса полуводного, измельченных отвальных глинистых сланцев составляет 3000-3500 см²/г, т.е. примерно равны между собой.

Химический состав зол гидроудаления ТЭС от сжигания каменных углей (усредненный) и отвальных глинистых сланцев (мас.) представлен соответственно в табл. 1 и 2.

Увеличение прочности вяжущего и бетонов (изделий) на его основе на одноосное сжатие достигается:

а) активизацией вяжущего путем введения в него тонкомолотой (3500-4100 см²/г) золы гидроудаления ТЭС, проявляющей за счет выраженных основных признаков вяжущие свойства и содержащей в своем составе легирующие добавки, которые являются также мелкокристаллическим заполнителем и ускорителем отверждения вяжущего при модуле основности, равном 1,36;

б) образованием множественных центров кристаллизации, равномерно ориентированных в объеме вяжущего при усреднении массы, которыми являются частицы золы гидроудаления;

в) наличием свободного оксида кальция и серного ангидрида в золах гидроудаления и их активностью (так называемой "свободной извести "), выполняющих функции кристаллической затравки;

г) возникновением химических реакций между активным оксидом кальция золы гидроудаления ТЭС и компонентами фосфогипса полуводного, имеющего ярко выраженные кислотные свойства, т.е. реакции, однотипной реакции объизвествления (карбонизации), а также реакции образования СаО₃ нерастворимого силиката кальция (см. В. Шульце, В. Тишер, В.-П.Эттель, "растворы и бетоны на нецементных вяжущих", Берлин, 1990, ч. II)

CO₂(газ) (вода) H₂CO₃ HCO₃.

CaO __ Ca(OH)₂+ CO₂+H₂O __ CaCO₃+ 2H₂O причем в случаях дальнейших контактов с водой образующийся карбонат кальция подвергается дополнительному воздействию углекислоты, что ведет к его частичному растворению

CaCO₃+H₂O+CO Ca²⁺+ 2HCO^-₃ и при высыхании к обратному процессу, новому осаждению карбоната кальция, причем при наложении процессов друг на друга (т.е. процесс твеpдения не гидравлический);

д) протеканием реакции гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция, содержащихся в ингредиентах, до гидрогелей, что ведет к упрочнению смеси (гидравлическое твердение);

е) наличием в составе смеси цемента, что ускоряет ее схватывание, увеличивает начальную прочность, способствует набору прочности изделиями и снижает водопоглощение;

ж) образованием в результате отверждения вяжущего и изделий на его основе ромбоэдрической кристаллической решетки, наиболее энергетически богатой и устойчивой, свойственной вышеописанному типу протекания реакций.

Снижение водопоглощения испытывавшихся бетонных образцов достигается ана- логично пунктам в е.

Уменьшение срока схватывания вяжущего достигается его активизацией путем введения в его состав золы гидроудаления ТЭС и цемента, обладающих собственно высокими вяжущими свойствами, а также наличием в составе фосфогипса полуводного, являющегося ускорителем схватывания и отверждения цемента и цементных смесей в силу его выраженных кислых свойств, особенно в начальной стадии твердения.

Наличие в составе вяжущего фосфогипса полуводного и золы гидроудаления ТЭС несколько увеличивают его водопотребность, однако, фосфогипс полуводный способствует "связыванию" излишней воды затворения и уплотнению структуры материала, что также снижает в результате водопоглощение готовых изделий.

Химизм процесса отверждения предложенного вяжущего тесно связан с химическим составом и свойствами ингредиентов, причем зола гидроудаления ТЭС подбирается таким образом, чтобы ее модуль основности был равен или превышал 1,36. При содержании золы гидроудаления ТЭС в составе вяжущего менее 46,0 об. снижается его активность и прочность изделий на его основе. При содержании ее более 54,0 об. значительно увеличивается водопотребность вяжущего, увеличивается пористость изделий на его основе, что ведет к увеличению водопоглощения и снижению их прочности.

Введение в состав вяжущего фосфогипса полуводного позволяет улучшить обволакивание центров кристаллизации ингредиентами смеси, связать избыток воды затворения и создать кислую среду для протекания вышеописанных реакций; ускорить процесс схватывания вяжущего; содержание фосфогипса полуводного ниже 20,0 об. ухудшает качество изделий на основе предложенного вяжущего в части создания жестких рабочих (формовочных) смесей, а выше 23,0 незначительно снижает прочность изделий и увеличивает их водопоглощение, что, в свою очередь, влияет на морозостойкость и длительную прочность изделий (снижает их).

Введение в состав вяжущего измельченных отвальных глинистых сланцев кремнеземсодержащей добавки стабилизатора способствует протеканию вышеописанных процессов, а также достижению необходимой пластичности смеси. Содержание их ниже 20,0 об. снижает пластичность и удобоукладываемость материалов (смесей) на основе предложенного вяжущего, а выше 23,0 об. снижает водостойкость материала, т.е. может привести к его размоканию, при укладке бетонной смеси к образованию пустот при недостаточной степени уплотнения, существненно не влияя при этом на прочностные свойства материала. Экспериментально установлено, что отвальные глинистые сланцы совместно с фосфогипсом полуводным при незначительных добавках даже низких сортов цемента проявляют повышенные водо- и морозостойкость.

Увеличение в составе содержания цемента выше 8,0 и ниже 6,0 об. существенно не влияет на водопотребность вяжущего и водопоглощение материалов на его основе, но соответственно повышает и понижает их прочность, активность и скорость схватывания. Содержание цемента ниже 6,0 об. приводит к размокаемости и снижению прочности материала, однако, несмотря на это увеличение содержания не только неэкономично, но и приводит к резкому увеличению объемной массы вяжущего и изделий из него (более 2100 кг/см²), что не соответствует требованиям ГОСТ 6133-84 для пустотных стеновых камней.

Увеличение удельной поверхности золы гидроудаления ТЭС выше 4100 см²/г также повышает объемную массу материала на основе предложенного вяжущего, а уменьшение ее ниже 300-3500 см²/г приводит к резкому росту водопоглощения матеpиала и потере прочности (на одноосное сжатие в особенности).

В ряде случаев (напримеp, для упрочнения грунтов) в качестве активизирующей добавки применяются так называемые "летучие золы" или золы уноса бурых или каменных углей, причем такие золы выступают в качестве известковых (или гидравлических) компонентов. В этом случае целесообразно только упрочнение грунтов с рН не менее 12,0.

Для доказательства соответствия предложенного вяжущего и бетонов на его основе критерию "промышленной применимости" был проведен ряд испытаний в идентичных условиях образцов бетона (при соотношении вяжущее: наполнитель, равном 1:3) на основе предложенного вяжущего и прототипа с последующим сопоставлением результатов с нормами ГОСТ. Испытаниям подвергались образцы с линейными размерами 7х7х7 см, в соответствии с ГОСТ 310 1-76 310.4-76.

Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Из таблицы следует, что значения содержания ингредиентов, выходящие за представленные в формуле изобретения пределы, приводят к неоптимальному сочетанию физико-механических и иных показателей предложенного материала.