БЕСКЛИНКЕРНОЕ ВЯЖУЩЕЕ
CLINKER-FREE BINDER

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к вяжущим, и может найти применение в строительной отрасли для изготовления сухих строительных смесей, строительных растворов и бетонов, а также других строительных материалов, в состав которых входят вяжущие вещества.
Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее гидравлическую известь, состоящую из обожженных при температуре 900-1100°C мергелистых известняков, содержащих до 25% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.135-140).
Недостатками вяжущего на основе гидравлической извести являются: низкая прочность, медленная скорость твердения низкий коэффициент размягчения.
Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее романцемент, состоящий из мергелей, обожженных при температуре 800-1100°C, содержащих 25-35% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.140-143).
Недостатками вяжущего на основе романцемента являются: малая прочность, медленная скорость твердения, низкий коэффициент размягчения.
Также известно вяжущее, включающее гидравлическую известь из кремнеземсодержащего известняка и наполнитель из кремнеземсодержащего известняка при содержании в мас.%:
гидравлической извести 23-39%;
наполнителя 61-77%;
Свойства: прочность при сжатии 11,5-25,1 МПа;
водостойкость 0,83-0,98;
(см. патент РФ 2023697 кл. С04B 7/34, бюл. №22, 30.11.94).
Недостатками данного вяжущего являются: ограниченное содержание MgO (до 1,09%) в вяжущем и в силу этого невозможность использования гидравлической извести из магнийсодержащих карбонатных пород (доломитизированных известняков и доломитов), что сужает сырьевую базу, низкая прочность и водостойкость при нормальных условиях твердения, что не позволяет использовать вяжущее для изготовления строительных растворов и бетонов в обычных условиях.
Прототипом для заявляемого изобретения является вяжущее, содержащее обожженную при температуре 800-900°С смесь магнийсодержащих карбонатных пород с глиной при соотношении (3-9):1, в качестве минеральной добавки - отход производства металлургического комбината - доменный гранулированный шлак фракций 0,01-0,08 мм и сульфат магния при следующем соотношении компонентов, маcс.%:
смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины
60-85
доменный гранулированный шлак
10-30
сульфат магния
5-10
(см. патент РФ 2255063 кл. C04B 7/34, Бюл. №18.27.0.05).
Недостатком данного вяжущего является низкая прочность.
Задачей изобретения является повышение прочности при твердении в нормальных условиях.
Результат достигается тем, что вяжущее, включающее обожженную при температуре 800-900°C смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку, согласно изобретению содержит в качестве минеральной добавки - цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу и дополнительно пластификатор СП-1 и ускоритель твердения сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс. %:
указанная смесь
58-85
сульфат магния
3-6
цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода
10-30
пластификатор
1-2
ускоритель твердения
1-4
Результат достигается также тем, что вяжущее содержит в качестве пластификатора: СП-1, в качестве ускорителя твердения: сульфат натрия.
Результат достигается также тем, что соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10):1.
Вяжущее готовилось путем смешения компонентов в шаровой мельнице.
Для получения вяжущего использованы следующие компоненты:
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
5
- глина, например, Кощаковского месторождения РТ следующего состава в мас.%: SiO - 68,47; AlO - 13,17; FeO - 5,76; CaO - 1,65; MgO - 1,91; KO - 1,67; ТiO - 0,78; SO - 0,06; NaO - 0,37; PO - 0,13; MnO - 0,1; потери при прокаливании - 5,51;
- магнийсодержащие карбонатные породы с содержанием MgO до 20% по ОСТ 21-27-76 "Породы карбонатные для производства строительной извести. Технические условия";
- минеральная добавка: цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода ТУ 5743-002-020069662-96;
- сульфат магния ТУ 2141-025-32496445-01;
- пластификатор СП-1 ТУ 5870-005-58042865-05;
- ускоритель твердения: сульфат натрия ТУ 2141-114-05766575-2004 изм.2;
Для получения образцов вяжущего использовались: смесь из магнийсодержащих карбонатных пород Матюшинского месторождения РТ, глины Кощаковского месторождения РТ, цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода Татарско-Шатрашанского месторождения РТ.
2
Смесь получали обжигом при температуре 800-900°C измельченной до состояния муки шихты, состоящей из магнийсодержащих карбонатных пород и глины при соотношении (2,7-10):1, с последующим помолом до удельной поверхности 300-350 м/кг.
Состав смеси в масс.%:
СаО активная
0-20
MgO активная
5-15%
(3C<sub>2</sub>S, СА, CAF)
остальное
Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода высушивалась и подвергалась помолу до полного прохождения через сито 008. Сульфат магния высушивали и обезвоживали.
При затворении вяжущего водой происходит гидратация силикатов и алюминатов кальция, одновременно с этим процессом свободная СаО образует с минералами цеолитсодержащей карбонатно-кремнеземистой породы гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, способствуя повышению прочности и водостойкости.
Пластифицирующая добавка уменьшает количество воды затворения, образуя адсорбционный слой на поверхности твердой фазы, вызывает изменение электрокинетического потенциала и вследствие этого увеличение сил электростатического отталкивания, распад агрегатов и высвобождение мобилизированной во флоккулах воды, увеличивая скорость твердения и прочность.
Сульфат магния повышает растворимость MgO, способствует его гидратации и образованию оксигидросульфатов магния, уплотняющих структуру цементного камня и повышающих прочность и водостойкость.
Сульфат натрия, реагируя с гидратом оксида кальция, образует гипс. Образующийся мелкодисперсный гипс реагирует с минералами и способствует более быстрой выкристаллизации новообразований из цементного геля.
Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая активизирует силикатную и алюминатную фазы вяжущего, способствует ускорению гидролиза и гидратации клинкерных минералов и быстрому набору прочности вяжущего в ранние сроки твердения и дополнительно повышает прочность, эффективно связывая известь при нормальных условиях твердения.
Для испытания составов вяжущего готовились образцы из растворной смеси с песком в соотношении - вяжущее:песок=1:3 при водоцементном отношении 0,4. Испытания основных свойств вяжущего осуществлялось по ГОСТ 30744. Данные по составам приведены в таблице 1, а характеристики вяжущего - в таблице 2.
Таблица 1
№ состава
состав смеси, м.ч.
Количество указанной смеси в бесклинкерном вяжущем, %
Содержание добавок, %
Сульфат магния
Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода
СП-1
Сульфат натрия
1
2,7:1
85
3
10
1
1
2
2,7:1
72
4,5
20
1,5
2
3
2,7:1
58
6
30
2
4
4
6,4:1
85
3
10
1
1
5
6,4:1
72
4,5
20
1,5
2
6
6,4:1
58
6
30
2
4
7
10:1
85
3
10
1
1
8
10:1
72
4,5
20
1,5
1
9
10:1
58
6
30
2
Таблица 2
№ состава
Прочность на сжатие МПа
Прочность на изгиб, МПа
Равномерность изменения объема
1
34,2
3,2
Выдержал
2
35,4
3,4
Выдержал
3
33,8
3,3
Выдержал
4
32,3
3,1
Выдержал
5
31,6
3,0
Выдержал
6
31,0
3,0
Выдержал
7
29,7
2,9
Выдержал
8
29,5
2,8
Выдержал
9
29,2
2,8
Выдержал
прототип
28,1
2,8
Выдержал
Анализ данных, полученных в результате испытаний вяжущего, показывает, что оно отвечает поставленной цели: имеет прочностные показатели выше, чем у прототипа, состав с наименьшей прочностью обеспечивает прочность выше, чем оптимальный состав прототипа. Также достигается расширение сырьевой базы за счет использования местного магнийсодержащего сырья.