СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗУСАДОЧНОГО ВЯЖУЩЕГО
METHOD OF OBTAINING NON-SHRINKING CEMENTING MATERIAL

Изобретение относится к технологии получения специальных вяжущих материалов, а именно производству расширяющихся и безусадочных цементов.
Известен способ получения вяжущего, включающего портландцемент, доменный гранулированный шлак и расширяющуюся добавку на основе из гипса, железистого боксита и мела (Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник для вузов. / Под ред. Тимашева В.В. - М.: Высш. школа, 1980. - 472 с., ил., стр.420). Технология данного способа предусматривает обжиг этой композиции из гипса, боксита и мела с последующим совместным тонким измельчением всех компонентов в заданной пропорции, причем доля расширяющейся добавки определяет величину объемных изменений. В случае получения расширяющегося цемента ее количество в составе вяжущего должно быть максимальным, а безусадочного - минимальным. Недостатком данного способа является необходимость в создании специальной обжиговой технологической линии для получения расширяющейся добавки.
Известен способ получения расширяющихся и безусадочных цементов путем дозирования и последующего тонкого измельчения 70% глиноземистого цемента и 30% гипса (Химия и технология специальных цементов. / И.В.Кравченко, Т.В.Кузнецова, М.Т.Власова, Б.Э.Юдович; Под общ. ред. И.В.Кравченко. - М.: Стройиздат, 1979. - 208 с., ил., стр.55). Недостатками данного способа являются сложность получения композиции с малым расширением, компенсирующим естественную усадку при гидратации вяжущего, то есть состава, у которого объемы расширения и усадки сбалансированы, а также короткие сроки схватывания композиции, что усложняет ее применение.
Технической задачей, решаемой в изобретении, является разработка способа получения высокопрочного безусадочного вяжущего с удлиненными сроками схватывания и уменьшенным расходом дефицитного глиноземистого цемента.
Указанная задача решается применением способа, в котором компоненты, глиноземистый цемент и гипс, дозируются и подвергаются тонкому совместному измельчению, отличающегося тем, что в состав композиции при совместном измельчении компонентов дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов и полученную композицию измельчают до остатка на сите 008 не более 5%.
Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли с применением лабораторной шаровой мельницы. В испытаниях использовали глиноземистый цемент М400, гипсовый камень, кремнеземистый компонент (кварцит), карбонатный компонент (известняк) и пластификатор марки С-3. Исходные материалы предварительно дробились до размера менее 5 мм, затем отвешивались в заданной пропорции из расчета на 0,5 кг смеси и загружались в мельницу. Процесс измельчения осуществляли до величины остатка на сите 008 мм 4-5%.
В табл.1 содержится химический состав материалов, использованных в опытной проверке.
Таблица 1
Химический состав использованных материалов
Наименование компонента
Содержание оксидов, 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>
глиноземист. цемент
9,9
47,5
8.7
31,1
1,5
0,9
гипсовый камень
3,2
0,9
0,2
32,2
2.4
41,8
кремнезем. компонент
96,6
1,1
0,3
1,8
0,4
-
карбонатн. компонент
0,2
0,3
0,2
54,1
0,3
-
Вяжущее испытывали на образцах-таблетках диаметром 28 и высотой 25 мм, изготовленных из теста с пластичностью 120 мм по прибору Суттарда. Для формования образцов использовали формы в виде пластикового кольца с внутренним диаметром 28 и высотой 25 мм, имеющего разрез по образующей. После схватывания теста образцы вместе с формами помещали на воздушно-влажное твердение в эксикатор над водной поверхностью. Дополнительно контролировали расширение образцов путем измерения зазора между кромками разреза.
сж
В табл.2 приведены данные по составам смесей, их свойствам - водовяжущему отношению (В/В-отнош.), срокам схватывания а также прочностным характеристикам образцов, полученных при затвердевании смесей: прочности на сжатие (R) после 3 и 28 суток твердения в воздушно-влажных условиях.
Из данных, представленных в табл.2, следует, что расширение образцов наблюдалось у контрольного состава и состава с малым содержанием пластификатора (1а). Остальные композиции не расширялись, то есть все представленные составы являются безусадочными. По отношению к контрольному составу они имеют удлиненный интервал схватывания. При включении в состав композиции кварца, известняка и пластификатора как совместном, так и раздельном, наблюдается замедление схватывания, повышается прочность образцов.
Из представленного следует, что введение в композицию при ее измельчении кремнеземистого и карбонатного компонентов позволяет удлинить ее сроки схватывания и одновременно, без ущерба для прочности, снизить в ней долю дорогостоящего глиноземистого цемента на 5-30%.
Таблица 2
Состав и свойства безусадочного вяжущего
№
Состав вяжущего, мас.%
В/В отнош.
Сроки схватыв.*
R<sub>сж</sub>, МПа после твердения
ГЦ
гипс
Крм.к
Карб.к
С-3
начало
конец
3 сут.
28 сут.
К
70
30
-
-
-
0,29
0-22
0-44
22,8
35,7<sup>+</sup>
1
69
30
-
-
1
0,21
0-11
0-56
21,6
43,3
1a
69,9
30
-
-
0,1
0,28
0-24
0-50
24,5
38,8<sup>+</sup>
1б
67
30
1
1
1
0,22
0-15
1-10
24.1
58,5
2
69
22,5
7,5
-
1
0,28
0-22
0-50
31,5
61,3
2a
69
20
10
-
1
0,27
0-26
0-54
29,3
55,4
2б
64
20
15
-
1
0,25
0-24
0-48
24,3
50,4
3
68
30
1
-
1
0,22
0-14
0-58
30,2
59,9
4
58
18,5
7,5
15
1
0,28
0-25
1-15
14,2
43,2
5
56
17
6
20
1
0,28
0-23
1-20
16,9
49,1
6
52,5
16
5,5
25
1
0,28
0-20
1-05
20,9
39,1
+
К - контрольный состав по прототипу; Крм.к. - кремнеземистый компонент; Карб.к. - карбонатный компонент; В/В отнош. - водовяжущее отношение, * - час-мин;  - образцы расширились.
Максимальное количество кремнеземистого компонента в композиции не должно превышать 15%, а карбонатного - 25%. Превышение указанных пределов заметно понижает прочность вяжущего - составы 2б и 6. Минимальная доля вводимых добавок для кремнеземистого и карбонатного компонентов не должна быть менее 1% (составы 2б и 3), а для пластификатора - менее 0,1% (состав 1а).
Для кремнеземистого и карбонатного компонентов минимум содержания определяется, исходя из уровня дополнительных затрат, связанных с усложнением технологического процесса: при увеличении количества компонентов. Эффект от их включения в композицию должен превышать затраты на усложнение технологической схемы, связанные с установлением дополнительных расходных бункеров и дозаторов. Поскольку эти компоненты дешевле глиноземистого цемента, который они частично замещают в композиции, то целесообразно, чтобы доля кварца в композиции была не ниже 5, а известняка не менее 15%.
Введение в композиции кремнеземистого компонента снижает в гипсоцементном тесте концентрацию гидрооксида глинозема и сульфат-иона, что замедляет формирование гидросульфоалюминатов кальция, основной фазы цементного камня, образующейся при гидратации глиноземистого цемента в присутствии гипса. Указанное разбавление способствует замедлению схватывания вяжущего. Карбонатный компонент образует с продуктами гидратации глиноземистого цемента комплексные гидратные фазы, увеличивающие прочность формирующегося цементного камня, что позволяет уменьшить в композиции содержание затратной цементной составляющей без снижения прочности. Кроме того, разбавление композиции карбонатным компонентом усиливает «эффект разбавления» от введения кремнеземистого компонента, то есть дополнительно удлиняет сроки схватывания. Присутствие в композиции пластификатора, а также ее тонкое измельчение до остатка на сите 008 менее 5%, повышает эффективность от введения кремнеземистой и карбонатной добавок. По этой причине прочность композиции, несмотря на существенное снижение в ней количества цемента, остается высокой.
Использование предлагаемого способа позволит получать безусадочное вяжущее с высокими прочностными показателями, оптимальным по продолжительности интервалом схватывания при одновременном снижении стоимости композиции на 15-30%.