ВЯЖУЩЕЕ
BINDING AGENT

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий.
Известна строительная смесь на основе фосфогипса дигидрата и портландцемента, содержащая в качестве добавки высококремнеземистый отход производства ферросилиция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фосфогипс дигидрат - 60-80
портландцемент - 15-25
указанный отход производства - 5-15
вода (сверх 100%) - 10-12.
При этом материал, полученный на основе данной смеси методом прессования при давлении 80 МПа, через 28 суток твердения в естественных условиях имеет предел прочности при сжатии от 15,3 до 22,3 МПа и коэффициент размягчения от 0,6 до 0,71 (патент РФ №2074843, кл. C04B 28/14, C04B 111:20. Опубл. 10.03.1997 г.).
К недостаткам известной строительной смеси относятся низкая водостойкость материала (Кр=0.6-0.71, что относится к группе неводостойких строительных материалов), высокие энергетические затраты на формование изделий (давление прессования 80 МПа), что ограничивает габариты формуемых изделий и соответственно сужает номенклатуру строительных изделий изготавливаемых на основе данной смеси.
2
Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности является вяжущее, включающее компоненты при следующем соотношении, мас.%: бокситовый шлам, термообработанный при температуре 350-450°C 84-87; фосфогипс, термообработанный при температуре 150°C 7-12; MgCl 4-6. Прочность вяжущего 15.0 МПа, морозостойкость 100 циклов (патент РФ №2016867, кл. C04B 7/00. Опубл. 30.07.1994 г.).
Однако известное вяжущее имеет низкий предел прочности при сжатии, а также высокую температуру обработки фосфогипса.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение предела прочности при сжатии, водостойкости материала.
Технический результат заключается в получении вяжущего с улучшенными эксплуатационными показателями.
Поставленная задача решается тем, что в композицию для изготовления вяжущего, включающую фосфогипс дигидрат, дополнительно введены стеарат цинка, кремнеземсодержащий компонент природного происхождения - опока, или трепел, или диатомит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фосфогипс дигидрат - 77,0-87,5
Стеарат цинка - 2,5-3,0
Кремнеземсодержащий компонент - опока, или трепел, или
диатомит - 10,0-20,0
Оптимальное содержание в композиции кремнеземсодержащего компонента природного происхождения 10,0-20,0 (мас.%) и стеарата цинка 2,5-3,0 (мас.%), так как снижение кремнеземсодержащего компонента менее 10,0 (мас.%) не приводит к проявлению вяжущих способностей композиции, а превышение 20 (мас.%) приводит к снижению марки вяжущего. Введение стеарата цинка менее 2,5 (мас.%) не позволяет повысить коэффициент водостойкости до 0.8, а при введении более 3,0 (мас.%) приводит к удорожанию вяжущего.
уд
2
В качестве кремнеземсодержащего компонента природного происхождения применяли опоку, трепел, диатомит в виде мелкодисперсного порошка с удельной поверхностью S=2000-2500 см/гр., химический состав представлен в таблице 1.
Таблица 1
Кремнеземсодержащий компонент
Химический состав, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
п.п.п.
Опока карьера села Поливановка, Саратовская область
86,0-92,0
3,0
≤2,5
1,0
1,5
0,3
3,06
Трепел Зикеевского месторождения, Калужская область
85,0-89,0
9,14
≤5,0
1,55
1,3
1,09
4,1
Диатомит Балашейского месторождения, Самарская область
82,0-87,0
8,68
≤4,34
0,57
0,83
0,7
6,62
уд
уд
уд
2
2
2
Основной положительный эффект от введения в вяжущее кремнеземсодержащего компонента природного происхождения достигается за счет его повышенной адсорбционной способности. В результате совместного помола (механоактивации) фосфогипса дигидрата и кремнеземсодержащего компонента происходит физико-химическая адсорбция пассивирующих пленок с поверхности частиц фосфогипса дигидрата за счет высокоразвитой удельной поверхности и пористости кремнеземсодержащего компонента (опока S=90-120 м/г, эффективный диаметр пор 52 Å; трепел S=96-135 м/г, эффективный диаметр пор 48 Å; диатомит S=81-92 м/г, эффективный диаметр пор 39 Å).
Повышение прочности вяжущего объясняется стерическим эффектом, когда определенный объем наполнителя участвует в образовании каркаса в сочетании с частицами фосфогипса дигидрата. Ультрадисперсные частицы кремнеземсодержащего компонента в результате совместной механоактивации с фосфогипсом дигидратом выполняют роль каркаса в затвердевшем материале, что позволяет повысить прочность вяжущего до 18-20 МПа.
3
2
16
2
р
При этом в качестве добавки, повышающей водостойкость вяжущего, выбран стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH(CH)COO]Zn), который является гидрофобизирующей добавкой и позволяет повысить коэффициент водостойкости на 20% - до К=0,81-0,85. Эффективное действие стеарата цинка на повышение коэффициента водостойкости объясняется блокированием поверхности микропор затвердевшего вяжущего, что обуславливается снижением водопоглощения до 6% (мас.). Повышение указанных свойств позволяют расширить номенклатуру изделий и область применения предлагаемого, вяжущего от изготовления материалов для отделочных работ внутри помещений до наружных отделочных материалов, а также изготовления стеновых материалов на основе предлагаемого вяжущего.
3
2
16
2
Для составления композиций комплексного вяжущего использованы следующие исходные материалы: фосфогипс дигидрат с ООО «Балаковские минеральные удобрения» (химический состав приведен в табл.2); стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH(CH)COO]Zn - ТУ 6-09-17-316-96); кремнеземсодержащий компонент природного происхождения: опока карьера села Поливановка Саратовской области, или трепел Зикеевского месторождения Калужской области, или диатомит Балашейского месторождения Самарской области (химический состав приведен в табл.1).
Таблица 2
CaO
SO<sub>4</sub>
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SiO<sub>2</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
F
pH
27,3-31,02
54,15-65,40
0,98-1,19
0,55-0,68
0,35-0,44
0,18-1,7
4,5-5,8
уд
уд
уд
уд
уд
2
2
2
2
2
Приготовление вяжущего производят в следующей последовательности: необожженный фосфогипс дигидрат с влажностью не более 16-18% с удельной поверхностью частиц S=1600-1800 см/гр. в количестве 77,0-87,5% (мас.) от общего количества (например 80,2 с S=1700 см/гр. для состава №3 таблицы 3) и кремнеземсодержащий компонент с удельной поверхностью частиц S=2000-2500 см/гр. в количестве 10-20% (мас.) от общего количества (например, 17,0 с S=2200 см/гр. для состава №3 таблицы 3) помещают в шаровую мельницу, где производят совместный помол (механоактивацию) сырьевой смеси до удельной поверхностью частиц S=3500-4200 см/гр. Полученную смесь загружают в тепловой агрегат, в котором осуществляют обработку при 150°C в течение 2 часов (низкотемпературный обжиг). Образовавшееся вяжущее загружают в смеситель, куда в последствии подают стеарат цинка (цинк стеариновокислый) в количестве 2,5-3% (мас.) от общего количества вяжущего (например, 2.8% для состава №3 таблицы 3) и смешивают эти компоненты в течение 2-2,5 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 180-200 об/мин (для состава №3 таблицы 3-190 об/мин). После чего полученное готовое вяжущее упаковывают в герметичную тару.
В таблице 3 приведены конкретные составы предлагаемого вяжущего, а в таблице 4 - физико-механические характеристики заявленного вяжущего.
Таблица 3
№ состава
Компоненты, мас.%
Фосфогипс дигидрат
Опока карьера села Поливановка, Саратовская область
Трепел Зикеевского месторождения, Калужская область
Диатомит Балашейского месторождения, Самарская область
Стеарат цинка (цинк стеариновокислый)
Бокситовый шлам, термообработанный при 350-450°C
Хлористый магний, MgCl<sub>2</sub>
1 - прототип
7-12
-
-
-
-
84-87
4-6
2
77,0
20,0
-
-
3,0
-
-
3
80,2
17,0
-
-
2,8
-
-
4
85,3
12,0
-
-
2,7
-
-
5
87,5
10,0
-
-
2,5
-
-
6
77,0
-
20,0
-
3,0
-
-
7
80,2
-
17,0
-
2,8
-
-
8
85,3
-
12,0
-
2,7
-
-
9
87,5
-
10,0
-
2,5
-
-
10
77,0
-
-
20,0
3,0
-
-
11
80,2
-
-
17,0
2,8
-
-
12
85,3
-
-
12,0
2,7
-
-
13
87,5
-
-
10,0
2,5
-
-
Таблица 4
Характеристика             образцов№ состава
Предел прочности при сжатии, МПа
Водостойкость (коэффициент размягчения К<sub>р</sub>)
Морозостойкость, цикл
1 - прототип
14,0-15,0
0,6-0,71
100
2
20,0
0,85
100
3
18,5
0,86
100
4
18,1
0,82
100
5
17,6
0,81
100
6
19,8
0,84
100
7
18,3
0,85
100
8
17,9
0,81
100
9
17,4
0,81
100
10
19,9
0,86
100
11
18,4
0,87
100
12
18,0
0,83
100
13
17,5
0,82
100
Таким образом, вяжущее, изготовленное из предлагаемых компонентов, обладает более высокими показателями предела прочности при сжатии и коэффициента размягчения (водостойкости) по сравнению с показателями известного вяжущего (прототипа).