Вяжущее

Вяжущее

Реферат

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения вяжущего и изделий на его основе, причем для его производства может быть применен портландцемент, хранившийся длительное время, в том числе во влажных условиях.

Известно вяжущее, включающее портландцементный клинкер, термообработанную активную минеральную добавку и гипс [патент №2122530. Портландцемент, МПК С04В 7/13, опубликованный 27.11.1998 г]. Однако увеличение прочностных характеристик у данного вяжущего не достаточно высоко. Кроме того, известный способ усложняется обязательной высокотемпературной обработкой минеральной добавки при температуре 1100-1300°С, что приводит к дополнительным затратам и удорожанию вяжущего.

Известно также вяжущее на основе портландцементного клинкера, содержащее два вида клинкера с различным содержанием трехкальциевого алюмината, и гипса [патент №2123984. Специальный портландцемент, МПК С04В 7/02, опубликованный 27.12.1998 г]. Оно может содержать активные минеральные и гидрофобизирующие добавки, ускоритель твердения и полимеры. Однако прочностные характеристики цементного камня на этом вяжущем не достаточно высоки. Кроме того, данное вяжущее имеет сложный состав, что приводит к нестабильности его химического состава и усложняет технологию производства вяжущего.

По своей технической сущности наиболее близким к данному изобретению по совокупности признаков является вяжущее [патент №2320592. Цемент с минеральными добавками, МПК С04В 7/13, опубликованный 27.03.2008 г., прототип], содержащее портландцемент и магнийсиликатную горную породу - верлит.

Однако данное вяжущее также имеет не достаточно высокие прочностные показатели цементного камня (47,9-61,0 МПа).

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении прочности цементного камня.

Поставленная задача решается следующим образом. Вяжущее, содержащее портландцемент, горную породу, в качестве горной породы содержит кальций-магний-силикатсодержащую горную породу - диопсид, и электролиты (Fe₂(SO₄)₃ или Al₂(SO₄)₃) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент - 100, диопсид - 5-9, электролиты (Fe₂(SO₄)₃ или Al₂(SO₄)₃) - 1.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении получения вяжущего с более высокой прочностью цементного камня, чем получаемые известным способом при тех же технологических параметрах подготовки и обработки компонентов. Кроме того, при этом можно использовать для производства вяжущего портландцемент, хранившийся длительное время, включая хранение во влажных условиях.

В вяжущем, в качестве добавок, использованы кальций-магний-силикатсодержащая горная порода - диопсид (см. табл.1), которая является природным сырьем, и электролиты (Fe₂(SO₄)₃ или Al₂(SO₄)₃).

Кальций-магний-силикатсодержащая горная порода - диопсид и электролиты используется в качестве компонента вяжущего совместно с портландцементом. При изготовлении вяжущего на основе портландцемента (в том числе длительно хранившегося, включая хранение во влажных условиях, и утратившего вследствие этого свою активность) кальций-магний-силикатсодержащую горную породу и электролит предварительно измельчают до удельной поверхности 300-350 м²/кг. Далее, при использовании портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ, его смешивают с диопсидом и электролитом в смесителе, например в шаровой мельнице. При использовании портландцемента, хранившегося длительное время, в том числе во влажных условиях, смесь дополнительно измельчают до удельной поверхности, сопоставимой с удельной поверхностью портландцемента, а именно - 300-350 м²/кг.

При этом в сырьевой смеси происходят взаимодействия, влияющие на гидратационную активность и увеличение прочности цементного камня.

Исследуемые составы вяжущих и полученные их прочностные характеристики представлены в табл.2, 3.

Таблица 1
Химический состав диопсида
Наименование оксидов	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	Na2O	K2O	TiO2	п.п.п.
Содержание оксидов, мас.%	56,5	25,9	15,84	1,0	0,7	0,1	0,1	0,1	0,6

Таблица 2
Влияние вида электролита и количества минерального наполнителя (диопсида) на прочность (МПа) цементного камня, твердевшего в условиях тепловлажностной обработки
Продолжительность и условия хранения цемента	Вид и количество добавок
без добавок	электролиты, 1 мас.ч.	диопсид, мас.ч.	диопсид (7 мас.ч.) и электролиты (1 мас.ч.)
Fe2(SO4)3	Al2(SO4)3	AlCl3	5	7	9	Fe2(SO4)3	Al2(SO4)3	AlCl3
7 суток, нормальные условия	54,8	63,2	71,0	54,3	70,8	77,1	70,4	84,3	86,7	76,7
4 месяца, влажные условия	37,9	48,1	52,4	41,8	65,6	70,2	68,8	80,3	83,7	73,1
12 месяцев, влажные условия	21,3	28,3	31,8	23,7	33,4	36,7	34,9	40,0	46,1	38,8
* - ТВО - тепло-влажная обработка по режиму: 3 часа - подъем температуры до 90°С, 8 часов - изотермическая выдержка при данной температуре и 3 часа - снижение температуры до 2°С

Таблица 3
Влияние вида электролита и количества минерального наполнителя на прочность (МПа) цементного камня, твердевшего 28 суток в нормальных условиях
Продолжительность и условия хранения цемента	Вид и количество добавок
без добавок	электролиты, 1 мас.ч.	диопсид, мас.ч.	диопсид (7 мас.ч.) и электролиты (1 мас.ч.)
Fe2(SO4)3	Al2(SO4)3	AlCl3	5	7	9	Fe2(SO4)3	Al2(SO4)3	AlCl3
7 суток, нормальные условия	61,9	77,0	80,6	67,8	77,8	83,6	79,1	93,0	99,3	87,1
4 месяца, влажные условия	43,0	58,0	61,6	48,8	70,0	74,2	76,4	87,8	90,0	78,4
12 месяцев, влажные условия	22,6	34,8	38,2	28,7	36,5	40,2	38,5	51,6	53,9	46,4

Наиболее значительный эффект повышения прочности достигается при введении в состав вяжущего, мас.ч.: портландцемент - 100, диопсид - 5-9, электролиты (Fe₂(SO₄)₃ или Al₂(SO₄)₃) - 1. Изменение количественного состава вяжущего не дает положительного эффекта и приводит к снижению прочности цементного камня.

Помол сырья до удельной поверхности менее 300 м²/кг является недостаточным, так как прочность цементного камня при этом снижается. Измельчение сырья до удельной поверхности свыше 350 м²/кг является экономически необоснованным, так как затраты электроэнергии существенно выше, а увеличение прочности цементного камня при этом незначительное.

Предлагаемое вяжущее имеет следующие преимущества по сравнению с известным (прототипом):

- по сравнению с прототипом увеличены прочностные показатели цементного камня в 1,6-2,1 раза (при использовании портландцемента, хранившегося 7 суток в нормальных условиях),

- по сравнению с составом, изготовленным без добавок, твердевшим в нормальных условиях, увеличены прочностные показатели цементного камня:

- на 50-60% в случае использования портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ;

- в 2-2,4 раза в случае использования цемента, хранившегося длительное время, включая хранение во влажных условиях),

- по сравнению с составом, изготовленным без добавок, твердевшим в условиях тепловлажностной обработки, увеличены прочностные показатели цементного камня:

- на 54-58% в случае использования портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ;

- в 1,9-2,2 раза в случае использования цемента, хранившегося длительное время, включая хранение во влажных условиях).

Вяжущее, включающее портландцемент, горную породу, отличающееся тем, что в качестве горной породы используют кальций-магний-силикатсодержащую горную породу - диопсид, и в состав вводятся электролиты - Fe₂(SO₄)₃ или Al₂(SO₄)₃ при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент	100
Диопсид	5-9
Электролиты - Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3	1