ВЯЖУЩЕЕ ШЛАКОВОЕ
CINDER BINDER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу вяжущего, которое может быть использовано в производстве бетонных, железобетонных изделий и строительных растворов.
3
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% SO 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%.
2
2
2
3
2
2
3
2
5
3
2
2
Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, полученное помолом до 450-470 м/кг смеси, содержащей, мас.%: горный песок состава, мас.%: SiO 34,1-39,9; АlO+ТiO 9,8-11,0; FеO+FеО 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; РО 0,5-0,6; SO 1,7-3,2; NaO+KO 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.
2
3
2
2
3
2
5
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
2
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.%: АlО 9,8-11; CaO 11,3-13,7; SiO 34,1-39,9; FeO+FeO 12,8-36,1; MgO 5,7; РO 1,7-22; NаO+KO 1,3-3,2; П.П.П. 8,5-15,0; дополнительно содержит противоморозную добавку - хлорид кальция, золу ТЭЦ состава, мас.%: АlO - 12,2; CaO - 3; SiO - 34,9; FeO - 1,9; FeO - 4,2; MgO - 1,5; P - 0,20; S - 0,30; (NаO+KO) - 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
2
При этом смесь измельчают до крупности менее 350 м/кг.
3
2
2
2
2
2
2
Главными клинкерными материалами являются алит СS и белит CS. 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 CS покрывается тонкой пленкой гидросиликата кальция, который отделяется от белита, перекристаллизовывается в кристаллическое вещество CSH. В возрасте 28 суток гидросиликат CSH достаточно прочен.
3
2
2
2
2
Гидратация алита СS протекает быстрее, чем белита. При этом образуется белит CS и далее протекает процесс гидратации с образованием CSH (гидросиликатов кальция) и гидроксида кальция Са(ОН), который не является носителем прочности бетона и представлен рыхлыми пластинами.
2
Таким образом, гидроокись кальция Са(ОН) 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.
4
3
4
4
4
3
4
Из [3] известно, что вяжущими свойствами обладают следующие алюминаты: СА, СА CaSOHx, CAFHx, CA(F)Hx, СА*3СаSO*Нх.
3
2
Основными вяжущими веществами в цементах обладают силикаты кальция алит СS и белит CS. 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.
4
3
4
CAFHx, СА*3СаSO*Нх обладают высокими вяжущими свойствами и обеспечивают высокие качества вяжущего, бетонов и растворов из него.
3
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/см 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.
2
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). Одновременно предлагается использовать алюмосиликаты, ферроалюмосиликаты, сульфоалюмосиликаты кальция при гидратации и твердении вяжущего. Указанные химические вещества в составе вяжущего значительно повышают его качества.
2
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 м/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.%:
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
SiO<sub>2</sub>
FeO
Fe<sub>2</sub>O
MgO
P
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
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+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>12,8-36,1
5,7
P<sub>2</sub>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