Вяжущее

Изобретение относится к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного и мартеновского шлаков и может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий и строительных растворов. Технический результат изобретения состоит в повышении качества вяжущего. Вяжущее, полученное помолом до 450-470 м2/кг смеси, содержащей, мас.%: горный песок состава, мас.%: SiO2 34,1-39,9; Аl2О3+ТiO2 9,8-11,0; FeO+Fe2O3 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; МnО 0,3-0,55; Р2О5 0,5-0,6; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15, содержащий 15-20% минералов гранатов, 5-8; двуводный гипс 4-9; доменный гранулированный шлак 30-35; мартеновский лежалый шлак фракции не менее 15 мм - остальное. 3 табл.

 

Изобретение относится к составам бесклинкерного вяжущего на основе сталеплавильных и доменных шлаков, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий и строительных растворов.

Известно бесклинкерное вяжущее из доменных шлаков и активатора твердения жидкое стекло [1], имеющее прочность на сжатие в возрасте 28 суток до 20 МПа.

Известно также вяжущее, содержащее гранулированный доменный шлак, электросталеплавильный шлак, двуводный гипс, активизатор твердения [2, прототип].

Недостатками известных вяжущих является пониженная прочность, водостойкость и морозостойкость.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества вяжущего, полного использования гидравлической активности, утилизации отходов металлургических производств с использованием известных технологий и оборудования для комплексной переработки отходов. При этом решается задача комплексной переработки отходов металлургической промышленности, в частности отвалов мартеновского шлака.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в комплексной утилизации отходов металлургии путем оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов вяжущего, тонкости помола и гранулометрического состава при совместном их измельчении в шаровой мельнице, что обеспечивает максимальное использование гидравлической активности шлаков.

Для достижения изобретением технического результата вяжущее, полученное помолом до 450-470 м2/кг смеси, включающей доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс, активизатор твердения, в качестве шлака от выплавки стали содержит мартеновский лежалый шлак фракция не менее 15 мм, а в качестве активизатора твердения - горный песок состава, мас.%: SiO2 34,1-39,9; Аl2О3+ТiO2 9,8-11,0; FeO+Fe2O3 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; МnО 0,3-0,55;

Р2О5 0,5-0,6; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15, содержащий 15-20% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Горный песок 5-8
Двуводный гипс 4-9
Доменный гранулированный шлак 30-35
Указанный мартеновский шлак фракция не менее 15 мм остальное.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что минеральный состав мартеновского и доменного шлаков идентичны и отличаются только их количеством. Шлаки состоят из следующих минералов: силикаты кальция CaO·SiO2, 2CaO·SiO2, 3CaO·SiO2, 4CaO·SiO2; алюминаты кальция CaO·AL2O3, 2CaO·AL2O3, 3CaO·AL2O3, 4CaO·AL2O3; ферраты кальция xCaO·Fe2O3, xCaO·FeO2; алюмосиликаты AL2O3·SiO2; алюмосиликаты кальция CaO·n AL2O3·mSiO2, и ряд других соединений в системах СаО - SiO2 - AL2O3 - Fe2O3. Эти же химические вещества содержатся в клинкерах и вяжущих [3, 4, 5]. В указанных сложных веществах содержатся в основном в виде изоморфных примесей и присоединений, оксиды магния, железа, кобальта, никеля, бария, натрия, калия, цинка и др. Различные содержания указанных веществ в смесях обеспечивают различное качество вяжущего.

В качестве активизатора в процессах гидратации и твердения вяжущего используются металлы: железо, марганец, титан, никель, кобальт. Введение этих добавок приводит к интенсификации гидратации силикатных и алюминатных фаз, росту количества новообразований и содержанию химически связанной воды [6]. В качестве такого активизатора выбран горный песок (Таблица 1), содержащий в небольших количествах соединения железа, марганца, никеля, кобальта, титана. Кроме этого горный песок содержит сложные соединения силикатов и алюминатов (в частности минералы гранаты, амфиболы), которые обладают вяжущими свойствами и поэтому ускоряют процесс гидратации и твердения цементов и бетонов.

Соединения щелочных металлов (Na2O+K2O) в смесях вяжущих обладают активизирующими свойствами, содержание их в горном песке составляет 1,3-3,0%, что обеспечивает реакцию со стекловидной фазой шлаков с образованием комплексных соединений, обладающих высокой прочностью. В небольших количествах щелочные металлы имеются в доменном и мартеновском шлаках и, следовательно, повышают прочность предлагаемого вяжущего.

Мартеновский шлак накапливался в отвалах многие годы. Под действием атмосферных осадков происходила его гидратация на поверхности частиц, поэтому предлагается использовать кусковой мартеновский шлак в крупности не менее 15 мм.

Таким образом, сущность заявляемого изобретения заключается в подборе химического, минералогического и гранулометрического состава компонентов с обеспечением максимальной плотности, твердости и химической активности вяжущего, и высокой водостойкости и морозостойкости.

Для получения предлагаемого вяжущего применяли доменный гранулированный шлак и мартеновский лежалый шлак в крупности не менее 15 мм, ОАО «Кузнецкий металлургический комбинат», горный песок, содержащий 16% минералов гранатов, двуводный гипс (Таблица 1). Компоненты подвергались сушке при 115°С. Смесь размалывалась (Таблица 2) в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 450-470 м2/кг и затворялась водой до получения теста стандартной нормальной густоты. Из полученной смеси изготовили балочки размером 4×4×16 см, уплотняли раствор на стандартной виброплощадке в течение 3 минут. Твердение образцов осуществляли в гидравлической ванне и при пропаривании в камере при 90°С в течение 12 часов. Испытание балочек проводили в возрасте 28 суток. Испытание на морозостойкость осуществляли по ГОСТ 7025-58 в возрасте 28 суток (Таблица 3). Результатами испытаний установлено, что качество предлагаемого вяжущего равнозначно качеству шлакопортландцемента М400 Д20, изготовляемого на Кузнецком цементном заводе (Кемеровская область).

Предлагаемое изобретение позволяет создать базу для производства дешевого вяжущего и утилизировать 40 млн тонн мартеновского и доменного шлаков и 4 млн тонн горного песка (отходы обогащения руд) в условиях города Новокузнецка.

Таблица 1
Материал Химический состав, мас.%
SiO2 Аl2О3+
ТiO2
FeO+
Fe2O3
СаО MgO МnО Р2О5 SO3 Na2О+К2О п.п.п.
Доменный гранулированный шлак 36,2-42,0 12,3-17,0 0,6-2,6 38,0-42,2 4,8-9,9 0,21-1,1 0,4-1,2 0,13 0,1-0,15
Песок горный 34,1-39,9 9,8-11,0 12,8-26,1 11,3-13,7 4,2-5,7 0,3-0,55 0,5-0,6 1,7-3,2 1,3-3,2 8,5-15,0
Мартеновский шлак 17,6 0,78-3,8 26 29,9 13,4 5,3 0,31 0,054

Таблица 2
Составы вяжущих Содержание компонентов, мас.%
№ состава Доменный шлак Активизатор Мартеновский шлак Электросталеплавильный шлак Гипс Сода
Предложенное 1 30 5 56 9 -
2 32,5 6,5 54,5 6,5 -
3 35 8 53 4 -
По патенту 2289551 4 95,2 3,5 -
По патенту 2186043 5 50 5 41 4 -

Таблица 3
№ состава Предел прочности в возрасте 28 суток Водостойкость Морозостойкость
При сжатии, МПа При изгибе, МПа
Хранение в воде Пропаривание Хранение в воде Пропаривание
1 66,9 52,4 15,4 10,6 0,85 341
2 56,1 46,5 14,5 8,9 0,81 281
3 46,3 38,7 11,6 7,8 0,81 260
4 33,7 32,8 8,1 7,7 0,70 130
5 31,1 31,7 6,8 6,7 0,66 121

Источники информации

1. Патент РФ 2271343, МПК 7 С04В 7/153, 2004.

2. Патент РФ 2186043, МПК 7 С04В 7/147, 2002.

3. Справочник по химии цемента. Л., Стройиздат, 1980, с.10-17, 137-138, 45-47, 84-87.

4. Ларионова З.М., Никитина Л.В., Гарашин В.Р. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня и бетона. Тула, Тульская Типография Союзполиграфпрома, 1977, с.21-90.

5. В.И.Бабушкин, Г.М.Матвеев, О.П.Мчедлов-Петросян. Термодинамика силикатов. М., Изд-во литературы по строительству, 1970, - с.187-279.

6. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л., Стройиздат, 1983, с.150.

Вяжущее, полученное помолом до 450-470 м2/кг смеси, включающей доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс, активизатор твердения, отличающееся тем, что в качестве шлака от выплавки стали оно содержит мартеновский лежалый шлак фракции не менее 15 мм, а в качестве активизатора твердения - горный песок состава, мас.%: SiO2 34,1-39,9; Аl2О3+ТiO2 9,8-11,0; FeO+Fe2O3 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; МnО 0,3-0,55; Р2О5 0,5-0,6; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15, содержащий 15-20% минералов гранатов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный горный песок 5-8
Двуводный гипс 4-9
Доменный гранулированный шлак 30-35
Указанный мартеновский шлак Остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к составу сульфатно-шлакового вяжущего, применяемого при изготовлении строительных изделий и конструкций, а также при возведении массивных подземных и подводных бетонных и железобетонных сооружений.
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.

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерных шлаковых вяжущих, применяемых для получения декоративных цементов, а также для растворов и бетонов на их основе.

Вяжущее // 2186043
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе сталеплавильных и доменных шлаков, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, а также строительных растворов.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к легкобетонным смесям для теплоизоляционных изделий, используемых в ограждающих конструкциях. .
Изобретение относится к способу получения сульфатного цемента или заполнителей из сульфатного цемента, причем гидравлически активные синтетические шлаки с основностью шлака CaO/SiO2 между 1,35 и 1,6, как, например, шлаки от сжигания мусора и/или доменные шлаки в смеси со шлаками от производства стали после восстановления оксидов металлов в расплаве, и с содержанием Al2O3 10-20 вес.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства стеновых материалов, в частности для производства безобжигового кирпича и стеновых блоков полусухого прессования.

Изобретение относится к способу утилизации пыли, образующейся при восстановлении железной руды. .

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам получения стали и гидравлически активных связующих. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству и применению цементов с добавками, в том числе шлаков. .

Вяжущее // 2363674
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и отвального шлака ферропроизводства, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей
Вяжущее // 2366627
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего, на основе доменного шлака и высокоосновного шлака от выплавки металлического марганца, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей

Вяжущее // 2368577
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей
Вяжущее // 2374193
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, растворов и сухих строительных смесей

Вяжущее // 2376251
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменных шлаков, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, сухих строительных смесей
Изобретение относится к активируемому щелочью гидравлическому вяжущему, содержащему шлаки и алюмосиликаты

Вяжущее // 2377200
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, сухих строительных смесей

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам безобжигового бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и золошлаковой смеси от сжигания каменного угля, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, кладочных и штукатурных растворов и сухих строительных смесей

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного шлака и сталеплавильных шлаков, которое можно использовать для производства бетонных, железобетонных изделий, строительных растворов и сухих строительных смесей

Вяжущее // 2442758
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности минеральных вяжущих веществ, и может быть использовано при производстве шлакощелочных вяжущих

Изобретение относится к составам бесклинкерного вяжущего на основе доменного и мартеновского шлаков и может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий и строительных растворов

Наверх