Щлакощелочное вяжущее
Изобретение относится к шлакощелочным материалам и может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала или в составе бетонных смесей для дорожного, гражданского и промышленного строительства. Шлакощелочное вяжущее содержит, мас.%: шлак гранулированный - 54,55-94,45, натриевое жидкое стекло - 4,09-40,90, двухзамещенный ортосиликат натрия Na2H2SiO4·8H2О - 0,46-4,55. Техническим результатом является повышение прочности, а также улучшение условий перемешивания компонентов смеси, т.е. сокращение времени приготовления однородной смеси, кроме того - повышение плотности - на 10-13%, водостойкости - на 18-23% и морозостойкости - на 15-20% после отвердевания. 2 табл.
Область техники
Изобретение относится к шлакощелочным вяжущим и может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала или в составе бетонных смесей для дорожного, гражданского и промышленного строительства.
Уровень техники
Известно, что шлакощелочные вяжущие позволяют получать материалы из доступного сырья, которые твердеют в обычных условиях, при сушке или автоклавировании с образованием прочных конгломератов, имеющих высокую водостойкость, воздухонепроницаемость и долговечность [Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. - Киев: Будiвельник, 1978. - 177 с.].
Например, предложено вяжущее, содержащее шлак электросталеплавильного производства и жидкое стекло в соотношении, маc.%: шлак 50-70, жидкое стекло - 30-50 [А.с. 581112, СССР. Вяжущее. Дибров Г.Д. и др. Заявл. 25.02.76, опубл. 30.11.77]. Однако указанный шлак не является отходом производства, его получают путем предварительного энергоемкого синтеза, поэтому предложенная композиция не решает экологические и экономические вопросы, связанные с утилизацией вторичных ресурсов.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является вяжущее, содержащее гранулированный шлак, жидкое стекло и сульфат натрия или сульфат калия (жидкое стекло в пересчете на Na2O 1-10, сульфат натрия или сульфат калия 0,5-1 маc.%, шлак - остальное) [А.с. 1038309, СССР. Вяжущее. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Ростовская Г.С., Тимкович В.Ю. Заявл. 26.11.79, опубл. в Б.И. №32, 1983].
Однако прототип плохо перемешивается из-за высокой вязкости смеси и имеет невысокую прочность.
Сущность изобретения
Изобретательская задача состояла в разработке состава шлакощелочного вяжущего, позволяющего уменьшить время перемешивания компонентов до образования однородной смеси и повысить прочность материала.
Поставленная задача решена путем создания композиции следующего состава, маc.%:
шлак гранулированный 54,55-94,45
натриевое жидкое стекло 4,09-40,90
двухзамещенный ортосиликат натрия
Na2H2SiO4·8H2O 0,46-4,55
Таким образом, заявленное вяжущее отличается от прототипа тем, что его состав дополнительно содержит двухзамещенный ортосиликат натрия в количестве 0,46-4,55 маc.%, ранее не применявшийся в составах шлакощелочных вяжущих с целью повышения прочности и регулирования реологических свойств.
Необходимо отметить, что только при наличии всей совокупности признаков заявленного изобретения возможно достижение указанного технического результата, а именно: повышение прочности, а также сокращение времени перемешивания компонентов смеси.
Применяемое в составе композиции натриевое жидкое стекло соответствует ГОСТ 13076-81, двухзамещенный ортосиликат натрия - ТУ 6-09-5337-87. В качестве гранулированного шлака использовали шлаки в виде темных гранул неправильной формы различного состава (табл.1). Основный и кислый доменный шлаки соответствуют ГОСТ 3476-74; кислый чугунолитейный шлак описан в [Косенко Н.Ф. Шлакощелочное вяжущее на основе низкокачественного чугунолитейного шлака. - Рук. депон. в НИИТЭХим, 1996, №19 - хп96].
| Таблица 1 | ||||||||
| Вид шлака | Содержание оксидов, мас.% | Модуль основности | Коэф-т качества, класс | |||||
| SiO2 | CaO | Аl2O3 | MgO | FeO+Fе2O3 | MnO | |||
| Основный доменный | 37,4 | 47,1 | 3,8 | 3,4 | 0,6 | 0,3 | 1,23 | 1,45, II |
| Кислый доменный | 38,8 | 35,6 | 8,6 | 2,8 | 0,4 | 1,0 | 0,81 | 1,21, III |
| Кислый чугунолитейный | 47,0 | 22,0 | 2,2 | 7,5 | 10,0 | 10,5 TiO2 2,1 | 0,60 | 0,65 |
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1. 2,76 г (0,46%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 24,54 г (4,09%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 572,7 г (95,45%) основного доменного шлака в смесителе.
Пример 2. 15,0 г (2,50%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 135,0 г (22,50%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 450,0 г (75,0%) кислого доменного шлака в смесителе.
Пример 3. 27,3 г (4,55%) двухзамещенного ортосиликата натрия предварительно растворяли в небольшом количестве воды, смешивали с 254,4 г (40,90%) жидкого стекла с модулем 3,19. Полученную щелочную связку тщательно перемешивали с 327,3 г (54,55%) кислого чугунолитейного шлака в смесителе.
Время перемешивания компонентов до образования однородной смеси измеряли с помощью секундомера. Критерием однородности смеси являлось равномерное распределение связки по поверхности шлака, которое контролировалось визуально и с помощью микроскопа.
Из приготовленной смеси формовали образцы методом пластического формования или полусухого прессования (10 МПа). У полученного материала определяли пределы прочности при сжатии и при изгибе по ГОСТ 310.4-81.
Результаты испытаний представлены в табл.2.
| Таблица 2 | |||||||
| Пример № п/п | Состав, маc.% | Время перемешивания, с | Предел прочности через 1 сут, МПа | ||||
| шлак | жидкое стекло | Na2SO4 | Na2H2SiO4·8Н2O | при сжатии | при изгибе | ||
| 1 | 95,45 | 4,09 | - | 0,46 | 21 | 84,6 | 13,1 |
| 2 | 75,00 | 22,50 | - | 2,50 | 15 | 94,9 | 16,3 |
| 3 | 54,55 | 40,90 | - | 4,55 | 12 | 80,1 | 12,4 |
| прототип | 76,50 | 22,50 | 1,00 | - | 51 | 35,7 | 6,1 |
Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице 2, использование ингредиентов в заявленных соотношениях (примеры 1-3) позволяет повысить прочность по сравнению с прототипом и уменьшить время перемешивания смеси для получения однородной массы.
Кроме того, дополнительным преимуществом заявленного технического решения перед прототипом является повышенные плотность (на 12-20%), водостойкость (на 18-30%) и морозостойкость материала (на 15-25%) после отвердевания.
Шлакощелочное вяжущее, содержащее гранулированный шлак и натриевое жидкое стекло, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит двухзамещенный ортосиликат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Шлак гранулированный 54,55-94,45
Натриевое жидкое стекло 4,09-40,90
Двухзамещенный ортосиликат натрия
Na2H2SiО4·8H2О 0,46-4,55
