ВЯЖУЩЕЕ
BINDING SUBSTANCE

Изобретение относится к составам вяжущих и может найти применение в производстве строительных материалов для изготовления бетонов.
Известно вяжущее, содержащее мас.%: клинкер 75; гипс 5; доменный гранулированный шлак 20, индекс вяжущего «ПЦ-Д20» (ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-97). Это вяжущее по отношению к портландцементу без добавок (индекс «ПЦ-Д0») является, как известно, более стойким к коррозии и дешевле, т.к. клинкер на 20% заменяется отходом доменного производства (шлак).
К недостаткам следует отнести меньшую активность и морозостойкость.
Известно и второе вяжущее, приведенное в составе строительного раствора (см. авт.свидетельство СССР №637357, МКИ С04 В 13/02, опубл. 1977 г.) и включающее портландцемент без добавки «ПЦ-Д0» (клинкер + гипс), микрокремнеземистую добавку - пыль электрофильтров от выплавки ферросилиция - и пластифицирующие добавки - известь и сульфитно-спиртовую барду, при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:
Портландцемент «ПЦ-Д0»
59,1-61,1
Микрокремнезем - пыль от выплавки ферросилиция
12,3-16,93
Известь
23,87-25,1
Пыль уноса производства ферросилиция
12,3-16,93
СДБ
0,1-1,2
Наряду с достоинствами повышается стойкость к коррозии, в том числе и у бетонов на его основе, утилизируются пылевидные отходы ферросплавного производства, экологическая чистота, т.к. отсутствуют тяжелые металлы в составе пыли, имеются и недостатки, т.е.:
- низкая прочность при сжатии 25,8-26 МПа, а раствора 3,6 МПа.
Наиболее близкое по составу и техническому решению вяжущее, приведенное в авт. свид. СССР №1203051, МКИ С04В 7/14, опуб. 07.01.86 и включающее компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Аморфный кремнезем (диатомит)
12,0-19,5
Портландцемент
15,0-20,0
Ярозит KFe<sub>3</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·(ОН)<sub>6</sub>
1,0-2,5
Молотый мартеновский шлак
остальное
2
Наряду с достоинствами известного вяжущего повышается прочность в ранние сроки твердения за счет активизации шлака и аморфного кремнезема сульфатно-щелочной добавкой (ярозитом), повышается коррозийная стойкость за счет связывания аморфным кремнеземом Са(ОН) - продукта гидратации минералов клинкера портландцемента в гидрат силиката кальция, имеются и недостатки, т.е.:
- низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток (11,0-14,1 МПа);
- энергоемкая (сложная) технология приготовления вяжущего, т.к. тонкому измельчению подлежат три компонента (шлак, аморфный кремнезем (диатомит) и ярозит).
Задача изобретения - увеличить прочность на сжатие в возрасте 28 суток, упростить технологию приготовления, снизить себестоимость вяжущего.
Для реализации задачи изобретением в составе вяжущего, включающего:
-
портландцемент, молотый шлак, кремнеземсодержащий аморфный компонент и сульфощелочной активизатор. Шлак берут доменный гранулированный, в качестве кремнеземсодержащего аморфного компонента вводят пыль электрофильтров от выплавки ферросилиция и в качестве сульфощелочного активизатора вводят суперпластификатор «Реламикс» с рН 9±1 и дополнительно модифицированную электролизом «живую» воду, обогащенную гидроксил ионами (ОН) с рН 10-11, при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:
Портландцемент
73,4-76,8
Молотый гранулированный доменный шлак
18,4-19,1
Аморфный микрокремнезем (отход от выплавки ферросилиция)
3,5-7,4
Сульфо-щелочной активизатор - суперпластификатор «Реламикс» с рН 9±1
0,6-0,8
Модифицированная вода с рН 10-11 сверх 100% сухой смеси
1,0-1,5
В таблице 1 отражены опытные смеси предлагаемого и известного вяжущих.
Таблица 1
Составы смесей
Компоненты вяжущего
Номера смесей и состав, мас.%
1
2
3
4
5
6 (прототип)
1. Портландцемент М400 «ПЦ-Д0»
80,0
76,8
75,6
73,4
72,7
20,0
2. Молотый шлак (доменный граншлак)
20,0
19,1
19,0
18,4
18,2
-
3. Мартеновский отвальный*
-
-
-
-
-
65
4. Микрокремнезем аморфный (отход от выплавки ферросилиция) пыль
-
3,5
4,7
7,4
8,2
-
5. Диатомит (молотый)*
-
-
-
-
-
13,5
6. Сульфощелочной активизатор («Реламикс» (рН 9±1))
-
0,6
0,7
0,8
0,9
-
7. Сульфощелочной активизатор (Ярозит (KFe<sub>3</sub>(SO<sub>4</sub>)·(ОН)<sub>6</sub>))
-
-
-
-
-
1,5
8. Модифицированная электролизом вода с рН 10-11 (сверх 100% сухой смеси)
-
1,0
1,25
1,5
1,6
-
*- материалы, подлежащие тонкому измельчению.
Характеристика компонентов. В опытах для реализации задачи приняты:
1. Портландцемент марки М400 «ПЦ-Д0» (ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-97) (ОАО «Михайловцемент» Рязанская обл. Михайловский р-он, пос. Октябрьский). Минералогический состав клинкера (%)
C<sub>3</sub>S (трехкальциевый силикат)
59%
C2S (двухкальциевый силикат)
16%
С3А (трехкальциевый алюминат)
9%
C4AF (четырехкальциевый алюмоферрит)
12%
Замедлитель схватывания клинкера: тонкомолотый гипсовый камень. Значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов 94±5 Бк/кг, при норме не более 370 Бк/кг.
2
3
2. Пылевидный отход (МК-85) ферросплавного производства ОАО "Кузнецкие ферросплавы". Данная пыль из электрофильтров производства ферросилиция имеет размеры частиц 0,1-1 мкм. Под действием высокой температуры микрочастицы кремнезема превращаются в стекловидную аморфную пыль. Удельная поверхность микрочастиц 14000-30000 м/кг», что 3-10 раз превышает удельную поверхность цемента. Насыпная плотность в уплотненном состоянии составляет 0,8 т/м.
2
2
3
2
3
Химический состав, мас.%: SiO=(91-97)%; AlO=(1,0-1,4)%; FeO=(0,2-0,4)%; СаО=(0,2-0,4)%.
3. Суперпластификатор «Реламикс» тип2 (ТУ 5870-002-14153664-04 с изм.1) состоит из натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы ГОСТ 24211-2008. Выпускается в форме порошка и водного раствора (рН водного раствора «Реламикс» составляет 9±1).
-
4. Модифицированная «живая» вода состоит из ОН ионов. Получают такую воду с помощью прибора «Живица» методом электролиза в пределах рН 10-11.
Пример реализации задачи. Опытные составы приготовляли путем дозирования по массе компонентов в соответствии с данными, приведенными в таблице 1, с последующим смешением всех компонентов с модифицифицированной водой, «Реламиксом» и недостающей до нормальной густоты водой.
Прочность вяжущего (активность) определяли по ГОСТ 310.4-81 (таблица 2).
Таблица 2
Результаты испытаний свойств
Свойства
Ед. изм.
Номера смесей и показатели свойств
1
2
3
4
5
6 (прототип)
Прочность при сжатии
МПа
40,1
54,0
50,1
40,5
35,2
14,1
Анализ результатов испытаний свойств предлагаемого вяжущего по отношению к известному (прототипу) показывает следующее:
3
1) предлагаемый состав вяжущего имеет прочность не менее состава №1 (аналог) и не менее прочности портландцемента «ПЦ-Д0» марки М400, принятого в опытах для реализации задачи, причем расход последнего на 1 мэкономится введением добавок на 23-26%;
2) состав смеси №5 является запредельным, т.к. при расходе пыли от выплавки ферросилиция по массе более 8% вместо «ПЦ-Д0» в присутствии «живой воды», взятой свыше 1,5% от сухой массы, наблюдается (поризация) теста вяжущего и снижение прочности по отношению к прочности «ПЦ-Д0», что неэкономично;
3) прочность по отношению к прочности прототипа увеличилась в 2,6;
4) значительно упростилась технология приготовления предлагаемого вяжущего, т.к. принятые компоненты не требуют тонкого измельчения в цехе или на стройке приготовления, причем и доменный гранулированный шлак можно не измельчать, а применить шлаковый портландцемент марки М400, т.е «ПЦ-Д20», в составе которого содержится 20% молотого доменного гранулированного шлака, что и предусмотрено изобретением.
Повышение прочности получено за счет введения и образования в составе предлагаемого вяжущего одновременно трех видов вяжущего.
Механизм физико-химического процесса достижения задачи состоит в следующем;
1) вяжущее (клинкер + гипс) активность выше 40 МПа, т.е. введен в качестве основы смешанного вяжущего (без добавки) «ПЦ-Д0»;
2) вяжущее - кремнеземито-щелочное (пыль от выплавки ферросилиция+щелочной активизатор «Реламикс» рН 9±1 + щелочная «живая» вода с рН 10-11 + клинкер рН 11-13. Активность такого вяжущего соответствует марки М500. Возможность образования такого вяжущего в составе предлагаемого согласуется с известным вяжущим Японии, принятым в составе огнеупорного бетона, причем с применением другого щелочного активизатора (едкой щелочи) (заявка Японии №49 - 36812, МКИ С04В-19/04 или НКИ22(3)С3, опубл. П.Б. №18, 1975 г.);
3) шлако-щелочное вяжущее, включающее: молотый гранулированный доменный шлак + щелочной активизатор («Реламикс») с рН 9±1 + «живая» вода с рН 10-11 и +2±1% клинкера из («ПЦ-Д0»). Вероятность образования и такого вяжущего вполне допустима в системе предлагаемого вяжущего, т.к. согласуется по составу с твердой составляющей и физико-химической сущности с вяжущим, приведенным в работе («Производство бетонов и конструкций на основе шлако-щелочных вяжущих» В.Д.Глуховский, П.В.Кривенко, Г.В.Румына и др. под. ред. В,Д.Глуховского. - К-Будивельник, 1988. - 144 с, а конкретно с.8, табл. №1, индекс вяжущего ШЩВ 2. Прочность такого вяжущего ШЩВ2 в зависимости от щелочного активизатора составляет 90 МПа (см. табл №5). Следует отметить, что в предлагаемом вяжущем щелочной активизатор принят другим и составляет по отношению к ШЩВ-2 и к известным вяжущим (аналогам и прототипу) элемент новизны.
Таким образом, в формировании структуры предлагаемого вяжущего протекают физико-химические процессы, свойственные вышеуказанным трем видам вяжущих, имеющих в индивидуальном состоянии различные прочности, причем вяжущие №2 и №3 имеют прочность выше принятого портландцемента с маркой М400. Поэтому прочность на сжатие у предлагаемого вяжущего выше не только прочности известного, но и введенного в состав предлагаемого вяжущего портландцемента марки М400. Повышению прочности способствуют и принятые в составе вяжущего элементы нанотехнологии, т.к. пыль от выплавки ферросилиции имеет размер частиц 0,1-1 мкм, а «живая» вода обогащена частицами ОН' ионами, что ускоряет реакции гидратации минералов клинкера цемента при образовании гидросиликатов кальция в структуре смешанного вяжущего.
Экономическая целесообразность заключается в том, что была снижена себестоимость по отношению к вяжущему прототипа на 8 -10%, т.к. упрощена технология приготовления вяжущего за счет исключения тонкого измельчения, уменьшен расход смешанного вяжущего на единицу прочности, т.е. у прототипа (100%: 14,1 МПа = 7,09), у предлагаемого (100%: 54 МПа = 1,85), что составляет 3,8 раза. Также предусмотрено сбережение природного сырья (диатомита) заменой отходом производства (пыль электрофильтров от выплавки ферросилиция).