Вяжущее

Вяжущее

Реферат

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного безобжигового вяжущего на основе высококальциевой буроугольной золы, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций, строительных растворов.

Известны бесклинкерные вяжущие, включающие высококальциевую золу от сжигания бурого угля, хлоридсодержащую добавку, в частности хлорид кальция или магния, и гипсосодержащую активизирующую добавку [1, 2]. Недостатками этих вяжущих являются пониженная прочность, морозостойкость, а также неравномерность изменения объема при твердении.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос с содержанием свободного оксида кальция в количестве 16-32 мас.%, гипс, хлорид кальция и известковый алевролит [3]. Недостатками известного вяжущего также являются пониженная прочность и морозостойкость при твердении в нормальных условиях, что ограничивает области его применения в суровых климатических условиях, в частности при бетонировании дорог и аэродромов.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении показателей прочности и морозостойкости вяжущего при твердении в нормальных условиях, при сохранении равномерности изменения объема и других характеристик. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава вяжущего путем дополнительного введения активизирующей добавки, обеспечивающей углубление и ускорение его гидратации и модифицирование микроструктуры затвердевшего цементного камня.

Для достижения обеспечиваемого изобретением результата вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос с содержанием свободного оксида кальция в количестве 16-32 мас.%, гипс, хлорид кальция, известковый алевролит, в качестве активизатора дополнительно содержит отработанное машинное масло при следующем соотношении компонентов, в мас.%: гипс 3-4, хлорид кальция 0,8-2, известковый алевролит 22-30, отработанное машинное масло 0,15-0,35, высококальциевая зола-унос - остальное.

Сущность заявленного изобретения состоит в модифицировании вещественного состава новообразований и микроструктуры затвердевшего цементного камня, обусловленного действием ряда химических и физико-химических факторов.

Модифицирующее влияние на вяжущее прежде всего может быть объяснено присутствием в отработанном машинном масле ультродисперсных частиц d-металлов (железа, титана, марганца, хрома, никеля и др. и их соединений), как присадок к нему вследствие сил трения в узлах механизмов и машин. Известно, что введение малых количеств ряда веществ с металлической связью в вяжущее системы приводит к интенсификации процессов гидратации силикатных и алюминатных фаз, росту количества гелевидных и кристаллических новообразований, увеличению содержания химически связанной воды, что обусловлено активацией поверхности твердых фаз и поликонденсационными процессами (см., например, Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. - Л.: Стройиздат, 1983, с.89-90, 97-98).

Комплексное исследование процессов гидратации и твердения предложенного вяжущего методами химического и физико-химического анализа показало, что по сравнению с известным вяжущим при многофазовости продуктов гидратации характерно существенное увеличение количества тонковолокнистых низкоосновных гидросиликатов и игольчатых кристаллов гидросульфоалюмината, оказывающих основное влияние на формирование микроструктуры и прочности вяжущих. Количество химически связанной воды увеличивается на 12-16%. Это подтверждает более глубокое взаимодействие между продуктами гидратации высококальциевой золы и известковым алевролитом. При этом установлено, что оптимальные соотношения компонентов в предлагаемом вяжущем несколько сдвигаются в сторону увеличения содержания золы, гипса и хлорида кальция и уменьшения содержания алевролита.

Установлено также, что оптимальные условия твердения предлагаемого вяжущего по показателям прочности в возрасте 28 сут соответствуют выдерживанию в нормальных условиях при 20-25°С, что подтверждает ускоренную гидратацию вяжущего в этих условиях. Показатели морозостойкости вяжущего также более высокие при его твердении в нормальных условиях.

Исследования показали, что более высокая морозостойкость предлагаемого вяжущего по сравнению с известным обусловлена двумя факторами: гидрофобизирующим эффектом машинного масла поверхности капилляроно-порового пространства и более высоким содержанием наиболее мелких пор, размером до 0,1 мкм, в цементном геле и между кристаллитами.

Для получения предлагаемого вяжущего применяют высококальциевую буроугольную золу-унос Березовской ГРЭС-1 с удельной поверхностью 265 м²/кг и содержанием, %: СаО_общ 39,8-54,7; СаО_св 16,3-32,3; MgO 4,5-6,0; SiО₂ 15,5-21,6; Аl₂О₃ 6,9-10,3; Fе₂О₃ 6,7-12; Nа₂O+К₂О 1,2-1,8; SO₃ 2,6-3,9; п.п.п.1,2-5,8; известковый алевролит в виде щебня из карьера г. Шарыпово, Красноярского края, имеющего химический состав, %:СаО 10,3; MgO 1,1; SiO₂ 62,7; Аl₂О₃ 8,9; Fe₂O₃ 2,5; Na₂O+K₂O 3,6; SO₃ 0,01; п.п.п 9,8; двуводный гипс и хлорид кальция. Готовят три смеси компонентов, содержащие, мас.%: золу-унос - 63,65-74,05, известковый алевролит - 22-30; двуводный гипс - 3-4; хлорид кальция - 0,8-2,0 (составы 1-3), соответственно с использованием проб с содержанием свободного СаО 16,3%, 25% и 32,2%. Одновременно готовят две смеси компонентов вяжущего с запредельным содержанием золы, алевролита и добавок для подтверждения оптимальности (составы 4 и 5). Кроме того, готовят два известных состава вяжущего с использованием золы-уноса с содержанием свободного СаО 16,3% и 32,2% (соответственно составы 6 и 7).

Смеси компонентов подвергают совместному помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности 550 м²/кг. Для определения свойств полученных вяжущих готовят образцы-балочки 4×4×16 см при соотношении вяжущее : песок = 1:3 и водовяжущем отношении, равном 0,4. Образцы готовят и испытывают в соответствии с ГОСТ 310.3-76 и ГОСТ 310.4-81 “Цементы. Методы испытаний”.

Образцы для испытания на прочность выдерживают в воде при 20-25°С, а также пропаривают при 80°С по режиму 3+10+3 ч и испытывают в возрасте 3 и 28 сут.

Испытания образцов на морозостойкость осуществляют по ГОСТ 7025-78 в возрасте 28 сут.

Конкретные составы вяжущих приведены в табл.1, а результаты испытаний - в табл.2.

Таблица 1
Составы вяжущих	№ состава	Содержание компонентов, мас.%
зола-унос	гипс	хлорид кальция	алевролит	отработанное машинное масло
Предложенное	1	74,05	3	0,8	22	0,15
2	68,8	3,5	1,5	26	0,20
3	63,65	4	2,0	30	0,35
Для оптимальности	4	76,77	2,5	0,6	20	0,13
5	62,92	4,5	2,2	32	0,38
Известные	6	72	2,5	0,5	25	-
7	62	3,5	1,5	33	-

Таблица 2
№	Прочность на сжатие, МПа, в возрасте, сут	Морозостойкость, циклы
составов	хранение в воде	пропаривание
3	28	3	28	образцы нормального твердения	пропаренные образцы
1	34,7	44,5	37,5	41,3	360	280
2	38,3	47,4	38,2	42,6	415	340
3	41,2	49,2	40,3	43,3	455	375
4	32,3	41,7	34,0	38,4	320	255
5	37,5	46,8	38,6	41,0	425	340
6	29,2	36,5	38,4	43,3	225	240
7	26,8	32,3	35,3	39,2	200	210

Как видно из табл.2, предлагаемое вяжущее характеризуется по сравнению с известным более высокой прочностью и морозостойкостью, особенно при твердении в нормальных условиях. Максимальные значения активности вяжущего по прочности на сжатие в этих условиях соответствуют марке 500.

Предлагаемое вяжущее может быть использовано для изготовления тяжелого бетона марки до 600. Себестоимость производства вяжущего в 2-3 раза ниже по сравнению с портландцементом.

Вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос с содержанием свободного оксида кальция в количестве 16-32%, гипс, хлорид кальция и известковый алевролит, отличающееся тем, что в качестве активизатора оно дополнительно содержит отработанное машинное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гипс 3-4

Хлорид кальция 0,8-2

Известковый алевролит 22-30

Отработанное машинное масло 0,15-0,35

Высококальциевая зола-унос Остальное.