вяжущее шлаковое
Классы МПК: | C04B28/08 шлаковые цементы |
Патентообладатель(и): | Коробейников Анатолий Прокопьевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-06-09 публикация патента:
20.04.2012 |
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу вяжущего, которое может быть использовано в производстве бетонных, железобетонных изделий и строительных растворов. Вяжущее включает шлаковый компонент, двуводный гипс, активизатор. В качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активизатора - горный песок состава, мас.%: Аl 2O3 - 9,8-11,0; CaO - 11,3-13,7; SiO2 - 34,1-39,9; FeO+Fe2O3 - 12,8-36,1; MgO - 5,7; Р2О - 1,7-22; Na2O3+K 2O - 1,3-3,2; П.П.П. - 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl2О3 - 12,2; CaO - 3; SiO2 - 34,9; FeO - 1,9; Fe2O3 - 4,2; MgO - 1,5; P - 0,20; S - 0,30; (Na2O+K2O) - 0,96; П.П.П. - 40,84 при следующем соотношение компонентов, мас.%:
Гипс двуводный | 1,5-3 |
Хлорид кальция | 2-3 |
Горный песок | 4 |
Шлакопортландцемент | 42-44 |
Указанная зола | остальное, |
при этом смесь измельчают до крупности менее 350 м2/кг. Технический результат - повышение морозостойкости и прочности. 2 табл., 1 пр.
Формула изобретения
Вяжущее, включающее шлаковый компонент, двуводный гипс, активизатор, отличающееся тем, что в качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активизатора - горный песок состава, мас.%: Аl2P3 9,8-11,0; CaO 11,3-13,7; SiO 2 34,1-39,9; FеО+Fе2O3 12,8-36,1; MgO 5,7; P2O 1,7-22; Nа2O3+K 2O 1,3-3,2; П.П.П. 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl2 O3 12,2; CaO 3; SiO2 34,9; FeO 1,9; Fе 2O3 4,2; MgO=1,5; P 0,20; S 0,30; (Na2 O+K2O) 0,96; П.П.П. 40,84 при следующем соотношение компонентов, мас.%:
Гипс двуводный | 1,5-3 |
Хлорид кальция | 2-3 |
Горный песок | 4 |
Шлакопортландцемент | 42-44 |
Указанная зола | Остальное, |
при этом смесь измельчают до крупности менее 350 м2/кг.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу вяжущего, которое может быть использовано в производстве бетонных, железобетонных изделий и строительных растворов.
Известен портландцемент, содержащий клинкер и гипс [1, стр.137-145]. Портландцемент изготавливают путем совместного помола клинкера и гипса. Гипс вводится в состав портландцемента с целью регулирования сроков схватывания в количестве, обеспечивающем не более 3,5% SO3 в цементе. На практике содержание гипса в цементе составляет 4%, клинкера - 96%. Обычно портландцемент измельчают до остатка на сите № 008 5-8 (по массе). В производстве портландцемента затраты на изготовление клинкера составляют 80% от всех затрат, что является основным недостатком этого вяжущего. Кроме этого клинкер обладает высокой твердостью и прочностью и поэтому затраты на помол являются основными в этой технологии. Общие затраты на спекание клинкера с последующим измельчением достигают 95-97%.
Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, полученное помолом до 450-470 м 2/кг смеси, содержащей, мас.%: горный песок состава, мас.%: SiO2 34,1-39,9; Аl2O3+ТiO 2 9,8-11,0; FеO+Fе2О3 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; Р2О 5 0,5-0,6; SO3 1,7-3,2; Na2O+K 2O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15, содержащий 15-20% минералов гранатов, 5-8; двуводный гипс 4-9; доменный гранулированный шлак 30-35; мартеновский лежалый шлак фракции не менее 15 мм - остальное. К недостаткам этого вяжущего относятся повышенная водопотребность, низкая морозостойкость, увеличенный срок твердения. Применение доменного и мартеновского шлаков требует высоких затрат при измельчении.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества вяжущего при использовании в его составе горного песка, хлорида кальция и шлакопортландцемента, гипса двуводного, золы и шлака от сжигания каменного угля.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов в шаровой мельнице, максимальное использование гидравлической (химической) активности, повышение морозостойкости и прочности.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата шлаковое вяжущее, включающее шлаковый компонент, двуводный гипс, активатор, отличающийся тем, что в качестве шлакового компонента используют шлакопортландцемент, в качестве активатора - горный песок состава, мас.%: Аl2О3 9,8-11; CaO 11,3-13,7; SiO2 34,1-39,9; FeO+Fe2O 3 12,8-36,1; MgO 5,7; Р2O5 1,7-22; Nа2O3+K2O 1,3-3,2; П.П.П. 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: Аl2O3 - 12,2; CaO - 3; SiO2 - 34,9; FeO - 1,9; Fe2O 3 - 4,2; MgO - 1,5; P - 0,20; S - 0,30; (Nа2 O3+K2O) - 0,96; П.П.П. - 40,84 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гипс двуводный | 1,5-3 |
Хлорид кальция | 2-3 |
Горный песок | 4 |
Шлакопортландцемент | 42-44 |
Указанная зола | остальное |
При этом смесь измельчают до крупности менее 350 м2/кг.
Главными клинкерными материалами являются алит С3S и белит C2S. Гидратация белита в нормальных условиях при 20-22°С и влажности 100% протекает очень медленно с образованием гидросиликата кальция CSH (13). При соприкосновении с водой белит C2 S покрывается тонкой пленкой гидросиликата кальция, который отделяется от белита, перекристаллизовывается в кристаллическое вещество C2SH2. В возрасте 28 суток гидросиликат C2SH2 достаточно прочен.
Гидратация алита С3S протекает быстрее, чем белита. При этом образуется белит C2S и далее протекает процесс гидратации с образованием C2SH2 (гидросиликатов кальция) и гидроксида кальция Са(ОН)2, который не является носителем прочности бетона и представлен рыхлыми пластинами.
Таким образом, гидроокись кальция Са(ОН)2 является вредным балластным материалом, понижает качество вяжущего и далее снижает качество бетона. В период гидратации и твердения цементного камня или бетона удаление из смеси вяжущего гидрооксида кальция не представляется возможным.
Предлагаемое изобретение позволяет решить эту проблему путем добавки в вяжущее золы от сжигания каменного угля. Для этого применяли золу определенного состава (таблица 1), которая содержит оксиды алюминия, железа, кремния, кальция, натрия, калия.
Из [3] известно, что вяжущими свойствами обладают следующие алюминаты: С4 А, С3А CaSO4Hx, C4AFHx, C 4A(F)Hx, С3А*3СаSO4*Нх.
Основными вяжущими веществами в цементах обладают силикаты кальция алит С3S и белит C2S. Наиболее активными и реакционными являются алюминаты, которые образуются при гидратации цемента. Для этого предлагается подвергать совместному измельчению шлакопортландцемент [3] и отходы сжигания каменного угля (золу, шлак), в которых содержатся алюминаты. Гидроксид кальция образуется при гидратации алита, вступает в реакцию с алюминатами, ферратами, гипсом с образованием вяжущих веществ.
C4 AFHx, С3А*3СаSO4*Нх обладают высокими вяжущими свойствами и обеспечивают высокие качества вяжущего, бетонов и растворов из него.
Применение хлорида кальция в количествах 2-3% позволяет повысить морозостойкость бетона из предлагаемого вяжущего. В качестве активизаторов твердения вяжущего предлагается применять горный песок, состав которого приведен в таблице. Горный песок содержит в своем составе минералы гранаты [4, стр.55], которые являются компонентами клинкера. Фактически это природный клинкер, поэтому его рекомендуется применять в качестве активизатора твердения. Кроме этого гранаты обладают высокой плотностью 3,5-4,2 г/см3 и твердостью, что позволяет увеличить прочность бетонов, изготовленных из предложенного вяжущего. Известно [3], что фосфаты металлов и соединения натрия и калия обладают вяжущими свойствами и, следовательно, примеси этих соединений в золе и шлаке каменноугольном способствуют повышению качества вяжущего.
Таким образом, применение в предлагаемом вяжущем золы или котельного шлака от сжигания каменного угля, содержащих алюминаты и ферраты, позволяют исключить из известных вяжущих вредное воздействие гидрооксида кальция Са(ОН) 2. Одновременно предлагается использовать алюмосиликаты, ферроалюмосиликаты, сульфоалюмосиликаты кальция при гидратации и твердении вяжущего. Указанные химические вещества в составе вяжущего значительно повышают его качества.
Пример: Для экспериментов применяли шлакопортландцемент, изготовленный по предлагаемому способу, высушенный двуводный гипс, горный песок, хлорид кальция (таблица 1). Подготовили смеси из указанных компонентов по предложенному составу. Размололи в шаровой мельнице до крупности 350 м2/кг, затворили до получения теста стандартной густоты. Изготовили балочки размером 4*4*16 см с уплотнением на лабораторной виброплощадке. Твердение балочек осуществляли в гидравлической ванне при температуре 25°С. Испытание образцов выполнили в возрасте 28 суток.
Для сравнения изготавливали опытные образцы по прототипу [2]. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Доказано, что предлагаемое вяжущее характеризуется повышенной прочностью и морозостойкостью.
Производство предлагаемого вяжущего позволяет утилизировать золу и шлак от сжигания каменного угля, горный песок (отход обогащения железных руд) и создать базу для производства дешевого высококачественного вяжущего.
Источники информации
1. Справочник по химии цемента. Под редакцией Б.В.Волконского и Л.Г.Судакаса. Л.: Стройиздат, 1980, с.221.
2. Патент RU 2363673, МПК С04В 7/14.
3. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л.: Стройиздат, 1983, с.150.
4. Справочник по химии цементов. Л.: Стройиздат. - 1980, с.55.
Таблица 1 | |||||||||
Химический состав компонентов вяжущего, мас.%: | |||||||||
Аl2 О3 | CaO | SiO2 | FeO | Fe2O | MgO | P | Na2O+K2O | П.П.П. | |
Зола | 12,2 | 3 | 34,9 | 1,9 | 4,2 | 1,5 | 0,2 | 0,2 | 40,84 |
10 | 2 | 35 | 3 | 6 | 0,5 | 0,1 | 3,5 | 39,9 | |
15 | 12 | 25 | 1,5 | 2 | 5 | 5 | 0,9 | 33,6 | |
Шлак | 6 | 1,3 | 40 | 4,9 | 6,3 | 0,4 | 0,11 | 0,05 | 40,94 |
5,2 | 2,6 | 40,4 | 3,9 | 5,6 | 0,1 | 0,3 | 0,04 | 41,86 | |
Горный песок | 9,8-11,0 | 11,3-13,7 | 34,1-39,9 | FeO+Fe2O3 12,8-36,1 | 5,7 | P2 O 1,7-22 | 1,3-3,2 | 8,5-15,0 |
Таблица 2 | |||||||
№ опыта | Состав вяжущего, мас.%: | Морозостойкость, цикл | |||||
Портландце- мент | Зола ТЭЦ | Горный песок | Гипс | Хлорид кальция | Качество вяжущего М | ||
1 | 42 | 49 | 4 | 3 | 2 | М370 | 80 |
2 | 44 | 47,5 | 4 | 1,5 | 3 | М380 | 82 |
3 | 44 | 47,5 | 4 | 2 | 2,5 | М400 | 90 |
4 | 44 | 49 | 4 | 3 | 2 | М420 | 95 |
По прототипу | М350 | 80 |
Класс C04B28/08 шлаковые цементы
способ приготовления золобетонной смеси - патент 2526072 (20.08.2014) | |
геополимерные композиционные связущие с заданными характеристиками для цемента и бетона - патент 2517729 (27.05.2014) | |
бетонная смесь - патент 2517257 (27.05.2014) | |
бетонная смесь - патент 2516263 (20.05.2014) | |
сырьевая смесь для имитации природного камня - патент 2506240 (10.02.2014) | |
бетонная смесь - патент 2503639 (10.01.2014) | |
бетонная смесь - патент 2500642 (10.12.2013) | |
бетонная смесь - патент 2500641 (10.12.2013) | |
сырьевая смесь для имитации природного камня - патент 2495842 (20.10.2013) | |
изготовление изделия, связанного преимущественно карбонатом, путем карбонизации щелочных материалов - патент 2495004 (10.10.2013) |