Бесклинкерное вяжущее
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к вяжущим, и может найти применение в строительной отрасли для изготовления сухих строительных смесей, строительных растворов и бетонов, а также других строительных материалов. Технический результат изобретения - повышение прочности в нормальных условиях. Вяжущее включает обожженную при температуре 800-900°C смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку - цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу, пластификатор СП-1 и ускоритель твердения - сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс. %: указанная смесь 58-85, сульфат магния 3-6, цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода 10-30, пластификатор СП-1 1-2, сульфат натрия 1-4. Причем соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10): 1. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к вяжущим, и может найти применение в строительной отрасли для изготовления сухих строительных смесей, строительных растворов и бетонов, а также других строительных материалов, в состав которых входят вяжущие вещества.
Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее гидравлическую известь, состоящую из обожженных при температуре 900-1100°C мергелистых известняков, содержащих до 25% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.135-140).
Недостатками вяжущего на основе гидравлической извести являются: низкая прочность, медленная скорость твердения низкий коэффициент размягчения.
Известно бесклинкерное гидравлическое вяжущее на основе карбонатно-глинистого сырья, включающее романцемент, состоящий из мергелей, обожженных при температуре 800-1100°C, содержащих 25-35% глинистых примесей (А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979, с.140-143).
Недостатками вяжущего на основе романцемента являются: малая прочность, медленная скорость твердения, низкий коэффициент размягчения.
Также известно вяжущее, включающее гидравлическую известь из кремнеземсодержащего известняка и наполнитель из кремнеземсодержащего известняка при содержании в мас.%:
гидравлической извести 23-39%;
наполнителя 61-77%;
Свойства: прочность при сжатии 11,5-25,1 МПа;
водостойкость 0,83-0,98;
(см. патент РФ 2023697 кл. С04B 7/34, бюл. №22, 30.11.94).
Недостатками данного вяжущего являются: ограниченное содержание MgO (до 1,09%) в вяжущем и в силу этого невозможность использования гидравлической извести из магнийсодержащих карбонатных пород (доломитизированных известняков и доломитов), что сужает сырьевую базу, низкая прочность и водостойкость при нормальных условиях твердения, что не позволяет использовать вяжущее для изготовления строительных растворов и бетонов в обычных условиях.
Прототипом для заявляемого изобретения является вяжущее, содержащее обожженную при температуре 800-900°С смесь магнийсодержащих карбонатных пород с глиной при соотношении (3-9):1, в качестве минеральной добавки - отход производства металлургического комбината - доменный гранулированный шлак фракций 0,01-0,08 мм и сульфат магния при следующем соотношении компонентов, маcс.%:
смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины | 60-85 |
доменный гранулированный шлак | 10-30 |
сульфат магния | 5-10 |
(см. патент РФ 2255063 кл. C04B 7/34, Бюл. №18.27.0.05).
Недостатком данного вяжущего является низкая прочность.
Задачей изобретения является повышение прочности при твердении в нормальных условиях.
Результат достигается тем, что вяжущее, включающее обожженную при температуре 800-900°C смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку, согласно изобретению содержит в качестве минеральной добавки - цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу и дополнительно пластификатор СП-1 и ускоритель твердения сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс. %:
указанная смесь | 58-85 |
сульфат магния | 3-6 |
цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода | 10-30 |
пластификатор | 1-2 |
ускоритель твердения | 1-4 |
Результат достигается также тем, что вяжущее содержит в качестве пластификатора: СП-1, в качестве ускорителя твердения: сульфат натрия.
Результат достигается также тем, что соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10):1.
Вяжущее готовилось путем смешения компонентов в шаровой мельнице.
Для получения вяжущего использованы следующие компоненты:
- глина, например, Кощаковского месторождения РТ следующего состава в мас.%: SiO2 - 68,47; Al2O3 - 13,17; Fe2O3 - 5,76; CaO - 1,65; MgO - 1,91; K2O - 1,67; ТiO2 - 0,78; SO3 - 0,06; Na2O - 0,37; P2O5 - 0,13; MnO - 0,1; потери при прокаливании - 5,51;
- магнийсодержащие карбонатные породы с содержанием MgO до 20% по ОСТ 21-27-76 "Породы карбонатные для производства строительной извести. Технические условия";
- минеральная добавка: цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода ТУ 5743-002-020069662-96;
- сульфат магния ТУ 2141-025-32496445-01;
- пластификатор СП-1 ТУ 5870-005-58042865-05;
- ускоритель твердения: сульфат натрия ТУ 2141-114-05766575-2004 изм.2;
Для получения образцов вяжущего использовались: смесь из магнийсодержащих карбонатных пород Матюшинского месторождения РТ, глины Кощаковского месторождения РТ, цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода Татарско-Шатрашанского месторождения РТ.
Смесь получали обжигом при температуре 800-900°C измельченной до состояния муки шихты, состоящей из магнийсодержащих карбонатных пород и глины при соотношении (2,7-10):1, с последующим помолом до удельной поверхности 300-350 м2/кг.
Состав смеси в масс.%:
СаО активная | 0-20 |
MgO активная | 5-15% |
(3C2S, СА, CAF) | остальное |
Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода высушивалась и подвергалась помолу до полного прохождения через сито 008. Сульфат магния высушивали и обезвоживали.
При затворении вяжущего водой происходит гидратация силикатов и алюминатов кальция, одновременно с этим процессом свободная СаО образует с минералами цеолитсодержащей карбонатно-кремнеземистой породы гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, способствуя повышению прочности и водостойкости.
Пластифицирующая добавка уменьшает количество воды затворения, образуя адсорбционный слой на поверхности твердой фазы, вызывает изменение электрокинетического потенциала и вследствие этого увеличение сил электростатического отталкивания, распад агрегатов и высвобождение мобилизированной во флоккулах воды, увеличивая скорость твердения и прочность.
Сульфат магния повышает растворимость MgO, способствует его гидратации и образованию оксигидросульфатов магния, уплотняющих структуру цементного камня и повышающих прочность и водостойкость.
Сульфат натрия, реагируя с гидратом оксида кальция, образует гипс. Образующийся мелкодисперсный гипс реагирует с минералами и способствует более быстрой выкристаллизации новообразований из цементного геля.
Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая активизирует силикатную и алюминатную фазы вяжущего, способствует ускорению гидролиза и гидратации клинкерных минералов и быстрому набору прочности вяжущего в ранние сроки твердения и дополнительно повышает прочность, эффективно связывая известь при нормальных условиях твердения.
Для испытания составов вяжущего готовились образцы из растворной смеси с песком в соотношении - вяжущее:песок=1:3 при водоцементном отношении 0,4. Испытания основных свойств вяжущего осуществлялось по ГОСТ 30744. Данные по составам приведены в таблице 1, а характеристики вяжущего - в таблице 2.
Таблица 1 | ||||||
№ состава | состав смеси, м.ч. | Количество указанной смеси в бесклинкерном вяжущем, % | Содержание добавок, % | |||
Сульфат магния | Цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода | СП-1 | Сульфат натрия | |||
1 | 2,7:1 | 85 | 3 | 10 | 1 | 1 |
2 | 2,7:1 | 72 | 4,5 | 20 | 1,5 | 2 |
3 | 2,7:1 | 58 | 6 | 30 | 2 | 4 |
4 | 6,4:1 | 85 | 3 | 10 | 1 | 1 |
5 | 6,4:1 | 72 | 4,5 | 20 | 1,5 | 2 |
6 | 6,4:1 | 58 | 6 | 30 | 2 | 4 |
7 | 10:1 | 85 | 3 | 10 | 1 | 1 |
8 | 10:1 | 72 | 4,5 | 20 | 1,5 | 1 |
9 | 10:1 | 58 | 6 | 30 | 2 |
Таблица 2 | |||
№ состава | Прочность на сжатие МПа | Прочность на изгиб, МПа | Равномерность изменения объема |
1 | 34,2 | 3,2 | Выдержал |
2 | 35,4 | 3,4 | Выдержал |
3 | 33,8 | 3,3 | Выдержал |
4 | 32,3 | 3,1 | Выдержал |
5 | 31,6 | 3,0 | Выдержал |
6 | 31,0 | 3,0 | Выдержал |
7 | 29,7 | 2,9 | Выдержал |
8 | 29,5 | 2,8 | Выдержал |
9 | 29,2 | 2,8 | Выдержал |
прототип | 28,1 | 2,8 | Выдержал |
Анализ данных, полученных в результате испытаний вяжущего, показывает, что оно отвечает поставленной цели: имеет прочностные показатели выше, чем у прототипа, состав с наименьшей прочностью обеспечивает прочность выше, чем оптимальный состав прототипа. Также достигается расширение сырьевой базы за счет использования местного магнийсодержащего сырья.
1.Бесклинкерное вяжущее, включающее обожженную смесь магнийсодержащих карбонатных пород и глины, сульфат магния и минеральную добавку, отличающееся тем, что в качестве минеральной добавки содержит цеолитсодержащую карбонатно-кремнеземистую породу и дополнительно пластификатор СП-1 и ускоритель твердения сульфат натрия при следующем содержании ингредиентов в масс.%:
указанная смесь | 58-85 |
сульфат магния | 3-6 |
цеолитсодержащая карбонатно-кремнеземистая порода | 10-30 |
СП-1 | 1-2 |
сульфат натрия | 1-4 |
2. Бесклинкерное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что соотношение магнийсодержащих карбонатных пород и глины составляет (2,7-10):1.