ВЯЖУЩЕЕ
BINDER

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам гипсовых вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных изделий, а также в монолитном домостроении.
Известно вяжущее повышенной водостойкости, приведенное в Патенте России №2425811 МПК C04B 11/00; C04B 18/04; C04B 111/27, опубликованном 10.08.2011. Бюл. №22.
Состав вяжущего включает компоненты при следующем их соотношении:
4
2
- Строительный гипс (β-CaSO·0,5 HO) 94,5-98,5;
- Молотая колошниковая пыль 1-4;
- Отход производства ланолина 0,5-1,5.
разм
Наряду с достоинствами вяжущего увеличивается водостойкость с величины К=0,34 до 0,65-0,7, имеются и недостатки:
2
2
1. Энергоемкий процесс получения вяжущего, т.к. колошниковую пыль подвергают тонкому измельчению, чтобы повысить удельную поверхность с 1900 см/г до 2500 см/г, что увеличивает себестоимость вяжущего.
разм
разм
2. Вяжущее обладает недостаточной водостойкостью К=0,6-0,7, т.е. не является водостойким. Гипсовое вяжущее, как известно, считается водостойким при условии К>0,75-0,8 (См. А.А. Пащенко, В.П. Сербии, Е.А. Старченская. "Вяжущие материалы". Издательское объединение «Вища школа», 1975, с.444).
Наиболее близкий состав к предлагаемому вяжущему приведен в Авт. Свид. СССР №1303586, C04B 28/14 и C04B 7/04, опубл. 15.04.87. Бюл. №14.
Известная смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
- Каустический магнезит 1-10;
- Железосодержащие отходы газоочистки доменных печей 2-17;
- Полуводный гипс - остальное.
3
2
Известное вяжущее затворяется раствором бишофита с плотностью 1,3 г/см(30%-ная концентрация MgCl).
2
2
Если твердую составляющую бишофита MgCl·6HO включить в 100% известного вяжущего, то состав прототипа содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%:
4
2
- Полуводный гипс (β-CaSO·0,5 HO) 64,30-85,0;
- Каустический магнезит 0,90-8,80;
- Железосодержащие отходы газоочистки доменных печей (колошниковая пыль фракции не более 1,25 мм) 1,75-15,0;
2
2
3
- MgCl,вводимая раствором бишофита, плотностью 1,3 г/см (концентрация MgCl- 30%) 11,90-12,35
Известное вяжущее наряду с достоинствами (утилизируются отходы доменного производства, высокая водостойкость) имеет и недостатки:
1. Низкая прочность вяжущего при сжатии после 2-х часов 3,06-4,74 МПа, т.е. в среднем для трех смесей - 3,83 МПа, а у полуводного гипса прочность - 4,22 МПа.
2. Энергоемкая технология приготовления железосодержащего отхода доменных печей, т.к. используется гидроотвальный шлам, содержащий грубодисперсную колошниковую пыль фракции не более 1,25 мм. Такой отход необходимо сушить и просеивать через сито с d=1,25 мм.
3. Сравнительно высокий расход бишофита (на 5-6% выше), что увеличивает себестоимость.
Задача данного изобретения - увеличить прочность при сжатии через два часа и упростить технологию приготовления без снижения водостойкости, конкретно - коэффициента размягчения.
4
2
2,
3
Для реализации задачи наряду со строительным гипсом (β-CaSO·0,5HO), железосодержащим отходом газоочистки доменных печей - колошниковой пылью, каустическим магнезитом, введена соль MgClпосредством бишофита с плотностью 1,1 г/см и пылевидная алюмосиликатная добавка.
2
В качестве железосодержащего отхода газоочистки доменных печей используют колошниковую пыль с удельной поверхностью 1900-1920 см/г,  а в качестве алюмосиликатной добавки - керамзитовую пыль из циклонов при следующем содержании всех компонентов, мас.%:
4
2
- Строительный гипс (β-CaSO·0,5 HO) 78,4-89,3
- Колошниковая пыль 1,9-1,91
- Каустический магнезит 0,95-1,0
- Керамзитовая пыль 2,85-14,35
2
- Хлористый магний(MgCl) 4,34-5,0
Характеристика компонентов, принятых для реализации задачи:
4
2
1. Строительный гипс (β-CaSO·0,5 HO).
Марка Г-4. Прочность при сжатии через 2 часа 4,2-4,3 МПа.
Сроки схватывания:
- начало 6-8 мин
- конец 11-12 мин
Отвечает требованиям ГОСТ 125-79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия». Коэффициент размягчения 0,36-0,38.
2. Колошниковая пыль ОАО "Тулачермет". Химический состав КП % по массе:
2
SiO - 11,76-12,5;
2
3
AlO - 1,51-1,75;
CaO - 9,97-10,77;
MgO - 1,76-2,1;
2
NaO - 0,19-0,23;
2
KO - 0,13-0,23;
MnO - 0,065-0,101;
2
5
PO - 0,12-0,14;
P - 0,08-0,084;
Fe - 1,63-1,7;
FeO - 9,81-10,3;
2
3
FeO - 41,08-43,29;
C - 18,53-19,4;
S - 0,3-0,47.
Всего железосодержащих, % по массе, 52,62-55,29.
Минералогический состав, % по массе:
2
2
- анортит (CaAlSiO) - 5-8;
2
3
- магнетит (FeO·FeO) - 10-12;
2
3
- фаялит (FeSiO) - 2-4;
2
7
- окерманит (CaMgSiO) - 1-3;
- силикат кальция - 10-12;
- стеклофаза - 8-14;
2
3
- свободные (FeO; FeO; Fe) - остальное.
2
Удельная поверхность 1900-1920 см/г.
3. Каустический магнезит - попутный отход, получаемый в результате улавливания пыли, образующейся при производстве спеченного периклазового порошка и применяемый в качестве вяжущего вещества (См. ГОСТ 1216-87 Порошки магнезитовые каустические. Технические условия). В данном изобретении принято ПМК-87, т.е. каустический магнезит, содержащий не менее 87% MgO.
2
2
4. Магний хлористый технический (бишофит) MgCl·6HO.
3
Принят бишофит из Волгоградской скважины. Отвечает требованиям ГОСТ 7759-73. Принят раствор бишофита плотностью 1,1 г/см с концентрацией 13%.
5. Керамзитовая пыль. Принята пыль из циклонов обжигательной печи. Образуется в результате газоочистки при обжиге керамзита. Керамзит - искусственный пористый заполнитель. Его получают в результате вспучивания расплава из глины, причем при сравнительно высокой температуре выше 1100°C. Керамзитовая пыль состоит преимущественно из стекловидных микрочастиц, т.к. и кристаллические минералы переходят в расплав (аморфную структуру). (См. С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов. Технология заполнителей бетона: Учеб. для строит. вузов по спец. «Производство строительных изделий и конструкций» - М.: Высш. шк., 1991 - 272 с).
2
Удельная поверхность керамзитовой пыли 2000-2500 см/г.
Реализация поставленной задачи подтверждается опытами.
3
2
Сухие порошки компонентов (кроме бишофита) дозировали по массе в соотношении компонентов, приведенных в таблице 1. Сухую смесь порошков затворяли раствором бишофита плотностью 1,1 г/см с концентрацией MgCl13% до получения теста нормальной густоты. Из теста методом литья формовали образцы-балочки размером 40×40×160 мм и через 2 часа в соответствие с ГОСТ 23789-79 "Вяжущие гипсовые. Методы испытаний" испытывали на прочность. Вторую часть образцов сушили до постоянной массы при температуре 50°C и часть образцов (6 шт.) водонасыщали до постоянной массы и определяли пределы прочности сухих образцов и водонасыщенных для установления коэффициента размягчения. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Предложенный состав вяжущего позволил увеличить прочность при сжатии после 2-х часов на 11,8-26,5%, а также не уменьшилась водостойкость.
Таблица 1
Состав вяжущих
№ п/п
Компоненты состава
Номера смесей вяжущего и состав масс, %
1*
2
3
4
5*
6 прототип
1
Строительный гипс βCaSO<sub>4</sub>·0,5 H<sub>2</sub>O
90,0
89,3
83,0
78,4
73,66
85,0
2
Железосодержащий отход газоочистки доменных печей
-
-
-
-
-
-
2.1
Колошниковая пыль, уд. поверхн. 1900-1920 см<sup>2</sup>/г
2,0
1,9
1,91
1,91
1,91
-
2.2
Грубодисперсная колошниковая пыль фр. не более1,25 мм
-
-
-
-
1,75
3
Каустический магнезит
0,5
0,95
0,96
1,0
1,0
0,90
4
Керамзитовая пыль из циклонов
2,5
2,85
9,6
14,35
19,13
-
5
MgCl<sub>2, </sub>вводимый раствором бишофита
5,0
5,0
4,53
4,34
4,3
12,35
Составы 1* и 5* - запредельные
Таблица 2
Свойства образцов вяжущих
№ п/п
Компоненты состава
Номера сухих смесей из таблицы 1 и показатели параметров свойств
Контр. об βCaSO<sub>4</sub>·0,5 H<sub>2</sub>O
1*
2
3
4
5*
6 прототип
1
Предел прочности при сжатии, МПа:
после 2-х часов
4,2
5,85
6,1
5,92
5,35
4,36
4,74
сухих
11,0
6,40
6,8
6,1
6,0
5,3
5,1
водонасыщенных
4,1
4,48
6,6
6,09
6,5
3,45
4,9
2
Коэффициент размягчения
0,37
0,7
0,97
1,0
1,08
0,65
0,97
Составы 1* и 5* - запредельные
Анализ результатов испытаний
1. Из данных таблицы 1 видно, что все составляющие состава вяжущего не требуют предварительной подготовки (сушки, помола и др.), что упрощает технологию приготовления вяжущего.
2. Составы №1 и №5 являются запредельными, т.к. у состава №1 - ниже водостойкость, а у состава №5 - ниже прочность и водостойкость по отношению к составу прототипа.
3. Из таблицы 2 видно, что прочность после 2-х часов увеличилась на 11,8-26,5%, т.е. с марки Г4 до Г5-Г6, а также не уменьшилась водостойкость. Увеличилась по отношению к прототипу и прочность сухих образцов.
2
2
4
4
2
3
2
2
2
2
3
2
Физико-механическая сущность увеличения прочности и сохранения водостойкости состоит в высокой степени реакционной способности керамзитовой пыли, состоящей из аморфной (стекловидной) составляющей по отношению к MgO каустического магнезита и Mg(OH), образующего при гидролизе MgCl. Керамзит и соответственно пыль керамзита образуются, как известно, в результате вспучивания стеклорасплава, образующегося при обжиге глины при температуре выше 1100°C, т.е. микрочастицы пыли являются стекловидными и легко переходят в кислой среде бишофита в гелеобразное состояние кремнезема, а точнее в гель ортокремневой кислоты HSiO и гель AlO. Последние вступают в реакцию с MgO и Mg(OH), образуя нерастворимое соединение гидросиликатов и гидроалюминатов магния типа MgO·SiO·nHO и MgO·AlO·nHO, которые способствуют увеличению прочности и водостойкости. Аналогично образуются и гидросиликаты кальция из свободной извести, содержащейся в колошниковой пыли.
Экономическая целесообразность предлагаемого вяжущего объясняется следующими факторами:
1. Уменьшается расход сравнительно дорогостоящего бишофита.
2. Утилизируется отход производства - колошниковая пыль и керамзитовая пыль.
3. Не требуются энерго- и теплозатраты на сушку и просев железосодержащих отходов газоочистки доменных печей.
В результате указанных факторов себестоимость предлагаемого вяжущего уменьшается на 20-25% по отношению к себестоимости состава прототипа.