портландцемент

Формула изобретения

Портландцемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, отличающийся тем, что он дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Необожженный доломит	5,0-15,0
Доменный гранулированный шлак	5,0-15,0
Портландцементный клинкер	75,0-77,5
Двуводный гипс	2,5-5,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам портландцементов и может быть использовано для получения цементов, строительных растворов и бетонов на их основе.

Известен цемент, включающий портландцемент и каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 50-75; каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур 25-50 (патент RU 21023349 С1, МПК⁶ С04В 9/12).

Однако производство описанного цемента требует повышенных затрат энергии, что обусловлено использованием каустического доломита, требующего дополнительных энергетических затрат на предварительный обжиг.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению (прототипом) является портландцемент, содержащий дунит, двуводный гипс и портландцементный клинкер при следующем соотношении компонентов, мас.%: дунит 30-40; двуводный гипс 3; портландцементный клинкер остальное (патент RU 2168472 С2, МПК ⁷ С04В 7/13).

При использовании известного вещества, принятого за прототип, основным недостатком является низкая ранняя и 28-суточная прочность цементного камня (см. таблицу 4) вследствие незначительной гидравлической активности дунита, причем необходимость тонкого измельчения дунита для повышения его гидравлической активности усложняет технологический процесс производства портландцемента и увеличивает его стоимость.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении возможности повышения ранней и 28-суточной прочности цементного камня при снижении себестоимости производства цемента.

Поставленная задача достигается тем, что цемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, согласно изобретению дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Предложенное содержание компонентов портландцемента необходимо и достаточно (см. таблицу 4) для получения портландцемента повышенной прочности.

Использование в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - сырым доломитом. При этом доломит в комплексе с доменным гранулированным шлаком участвует в реакциях гидратации с портландцементным клинкером, обеспечивая высокую раннюю и 28-суточную прочность цементного камня.

Содержание в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность получения быстротвердеющих цементов более высоких марок при одинаковых технологических параметрах подготовки и обработки сырья, например степени измельчения сырья. Доломит, входящий в состав портландцемента, является карбонатной горной породой осадочного происхождения, в которой преобладает минерал доломит, а также присутствуют единичные зерна кварцита (см. таблицу 1). В данном техническом решении необожженный доломит впервые используется в качестве минеральной добавки в цемент в оптимальном количестве 5-15 мас.%, так как при увеличении количества необожженного доломита более 15 мас.% и уменьшении количества доменного гранулированного шлака менее 5 мас.% происходит снижение 28-суточной прочности цементного камня, а при уменьшении количества необожженного доломита менее 5 мас.% и увеличении количества доменного гранулированного шлака более 15 мас.% ранняя и 28-суточная прочность цементного камня также снижается (см. таблицу 4).

Использование в составе портландцемента необожженного доломита позволяет обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при оптимальном расходе двуводного гипса 2,5-5,0 мас.% (см. таблицу 3). При введении двуводного гипса в количестве менее 2,5 мас.% наблюдается снижение прочности цементного камня (см. таблицу 4). Увеличение количества двуводного гипса более 5,0 мас.% не является целесообразным, так как при этом себестоимость портландцемента возрастает, а ранняя и 28-суточная прочность цементного камня незначительно снижается.

Так как в составе портландцемента общее количество необожженного доломита и доменного гранулированного шлака составляет 20 мас.%, то содержание портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.% является оптимальным и определяется количеством введенного двуводного гипса.

Изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведен химический состав доломита Таензинского месторождения (мас.%); таблицей 2, в которой приведены составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 3, в которой приведены реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 4, в которой приведены физико-механические свойства образцов из предложенного состава портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа.

Предложенный портландцемент содержит необожженный доломит, доменный гранулированный шлак портландцементный клинкер и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Пример конкретного выполнения.

Необожженный доломит измельчали в лабораторной щековой дробилке до фракции 10-20 мм. Далее компоненты портландцемента: портландцементный клинкер, шлак, измельченный необожженный доломит и двуводный гипс в заданных соотношениях согласно таблице 2, примеры № 1-6, 8-12, 14-19, компоненты цемента, выбранного в качестве прототипа (см. таблицу 2, пример № 20) и компоненты портландцемента контрольного состава: портландцементный клинкер, шлак и двуводный гипс согласно таблице 2, примеры № 7, 13, подвергали совместному помолу в лабораторной шаровой мельнице до достижения удельной поверхности цемента 300-350 м ²/кг и остатка на сите № 008 - 8-12%. Удельную поверхность контролировали на приборе для измерения удельной поверхности частиц ПСХ-8А.

Для предложенного вяжущего оптимальным явился следующий состав, мас.%:

необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Сроки схватывания и нормальную густоту цементного теста (НГ) определяли по ГОСТ 310.3.

Предел прочности при изгибе и сжатии определяли по ГОСТ 310.4. Из цементного раствора, состоящего из 1 мас.ч. цемента состава согласно таблице 2, примеры № 1-20 и 3 мас.ч. полифракционного песка, при консистенции раствора, характеризуемой расплывом конуса на встряхивающем столике 106-115 мм, готовили образцы-балочки размером 4×4×16 см в количестве 12 штук. Формование образцов проводили на виброуплотняющей установке. Образцы-балочки в формах хранили 24 часа в ванне с гидравлическим затвором, после чего расформовывали. Далее девять образцов хранили в течение 27 суток в воде. Три образца подвергали тепловлажностной обработке при температуре 80°С по режиму 3-6-3 часа.

Анализ результатов таблиц показывает, что:

- портландцемент контрольного состава, содержащий портландцементный клинкер, шлак и гипс, и цемент, выбранный в качестве прототипа, обладают более низкой ранней и 28-суточной прочностью по сравнению с предложенным портландцементом, имеющем в своем составе кроме указанных компонентов минеральную добавку -необожженный доломит (см. таблицу 4, примеры № 7, 13, 20);

- оптимальное содержание необожженного доломита в количестве 5-15 мас.%, доменного гранулированного шлака в количестве 5-15 мас.%, портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.%, двуводного гипса в количестве 2,5-5,0 мас.% в составе портландцемента подтверждено повышенными показателями ранней и 28-суточной прочности соответствующих образцов (см. таблицу 4, примеры № 3-5, 9-11, 15-17);

- введение в состав портландцемента необожженного доломита ускоряет набор ранней прочности цементного камня, что позволяет получать быстротвердеющие цементы (см. таблицу 4, примеры № 3-5, 9-11, 15-17) и обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при малом расходе двуводного гипса (см. таблицу 3, примеры № 2-6).

В результате проведенных исследований установлено, что образцы из портландцемента, изготовленные в соответствии с предложенным изобретением (см. таблицу 4, примеры № 3-5, 9-11, 15-17), имеют раннюю и 28-суточную прочность при изгибе и сжатии выше по сравнению с аналогичными показателями прочности образцов из известных видов портландцементов и из цемента - прототипа (см. таблицу 4, примеры № 7, 13, 20).

Таким образом, предлагаемый портландцемент имеет следующие преимущества:

- увеличены прочностные показатели в среднем на 44% по сравнению с прототипом и в среднем на 20% по сравнению с известными видами портландцементов обычного состава;

- отсутствует термическая обработка доломита, что приводит к снижению энергозатрат при производстве предлагаемого портландцемента;

- снижены энергозатраты за счет отсутствия необходимости предварительного тонкого измельчения добавки;

- осуществлена возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - необожженным доломитом, что способствует получению быстротвердеющих цементов более высоких марок при одновременном снижении себестоимости цементов.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию «промышленная применимость».

Таблица 1
Химический состав доломита Таензинского месторождения, мас.%
п.п.п.	СаО	MgO	SiO2	Аl2О 3	Fе2 О3	SO 3
46,43	31,92	21,22	0,28	0,08	0,07	-

Таблица 2
Составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа
№ состава	Соотношение компонентов, мас.%
Портландцементный клинкер	Шлак	Доломит	Дунит	Гипс
1	78,5	5	15	-	1,5
2	77,5	18	2	-	2,5
3	77,5	15	5	-	2,5
4	77,5	10	10	-	2,5
5	77,5	5	15	-	2,5
6	77,5	2	18	-	2,5
7	76,5	20	-	-	3,5
8	76,5	18	2	-	3,5
9	76,5	15	5	-	3,5
10	76,5	10	10	-	3,5
11	76,5	5	15	-	3,5
12	76,5	2	18	-	3,5
13	75,0	20	-	-	5,0
14	75,0	18	2	-	5,0
15	75,0	15	5	-	5,0
16	75,0	10	10	-	5,0
17	75,0	5	15	-	5,0
18	75,0	2	18	-	5,0
19	74,0	5	15	-	6,0
20, прототип	60	-	-	37	3,0

Таблица 3
Реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа
№ состава	Нормальная густота, %	Сроки схватывания
начало, час - мин	конец, час - мин
1	30,50	2-00	5-50
2	25,50	2-30	3-30
3	25,75	2-15	3-30
4	26,00	2-15	3-20
5	25,75	3-40	4-20
6	25,75	3-40	4-25
7	25,50	2-45	3-55
8	25,50	2-30	3-55
9	25,50	2-25	3-40
10	25,75	2-30	3-45
11	25,50	3-40	4-25
12	25,75	3-40	4-25
13	25,75	2-50	3-50
14	25,75	2-50	3-40
15	25,75	2-55	3-40
16	25,50	2-40	3-40
17	25,75	2-35	3-25
18	26,00	3-05	4-15
19	26,00	2-30	3-40
20, прототип	30,00	2-20	3-45

Таблица 4
Физико-механические свойства образцов из предложенного состав портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа
№ состава	Предел прочности при изгибе и сжатии, МПа
при нормальном твердении	при пропаривании
при изгибе	при сжатии	при изгибе	при сжатии
2 суток	7 суток	28 суток	2 суток	7 суток	28 суток
1	2,2	4,5	5,4	9,8	18,2	26,4	-	14,6
2	3,8	4,7	6,4	16,9	28,5	40,3	5,5	35,0
3	4,8	6,0	7,2	28,1	40,7	49,4	5,5	36,1
4	4,7	6,0	7,0	27,0	42,7	48,6	5,2	35,4
5	4,6	5,7	6,6	23,0	39,5	46,6	4,9	34,5
6	4,2	5,5	6,4	21,4	36,4	42,3	4,0	25,9
7	4,0	4,8	6,3	18,8	29,2	40,4	5,4	34,8
8	4,0	4,7	6,4	19,3	30,8	41,2	5,4	34,2
9	4,8	5,8	7,1	26,1	40,9	49,2	5,4	36,8
10	4,8	5,8	7,0	27,0	40,0	48,4	5,2	35,2
11	4,6	5,7	6,7	23,0	38,2	47,0	4,6	35,4
12	4,2	5,6	6,2	22,9	37,1	41,2	4,2	27,1
13	4,0	5,0	6,4	18,4	28,9	41,8	5,4	34,6
14	4,0	5,0	6,5	19,8	29,6	42,6	5,4	34,4
15	4,8	6,0	7,2	26,6	39,8	49,0	5,5	35,6
16	4,6	5,7	7,0	23,4	38,3	47,0	5,2	32,7
17	4,4	5,6	6,8	22,0	36,2	46,8	5,4	35,2
18	4,0	5,5	6,4	20,6	35,2	41,5	4,2	26,2
19	3,8	5,6	6,4	20,4	35,5	45,0	5,2	33,2
20, прототип	2,5	3,3	4,4	13,4	26,2	32,4	4,4	27,7