Вяжущее
Владельцы патента RU 2368577:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
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. Технический результат - повышение прочности, морозостойкости и влагостойкости вяжущего. Вяжущее, полученное помолом смеси, содержащей, мас.%: доменный шлак 40-45; двуводный гипс 4-9; горный песок состава, мас.%: СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; Аl2О3 9,8-11,0; SiO2 34,1-39,9; FeO 12,8-26; MnO 0,3-0,55; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2, включающий 10-20% минералов гранатов, 4-9; шлак от выплавки феррохрома остальное, причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 450 м2/кг. 2 табл.
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.
Известно вяжущее, содержащее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, нефелиновый шлам и активатор твердения в виде смеси фторида калия и жидкого стекла [1]. Недостаток этого вяжущего заключается в низкой морозостойкости и прочности на сжатие и особенно на изгиб. Как недостаток, следует отметить, что производство фторида калия в стране составляет несколько килограммов и только по спецзаказу. Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак 68-85, двуводный гипс 1-5%, шлак производства низкоуглеродистого феррохрома [2]. Недостатками этого вяжущего являются пониженная прочность и морозостойкость.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности, морозостойкости и влагостойкости вяжущего при использовании в его составе доменного шлака, двуводного гипса, шлака от выплавки феррохрома и активизатора твердения в виде горного песка при твердении вяжущего в нормальных условиях.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава, тонкости помола и гранулометрического состава компонентов при совместном их измельчении в мельнице, что обеспечивает максимальное использование гидравлической (химической) активности шлаков.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата вяжущее, полученное помолом смеси, включающее доменный шлак, двуводный гипс, шлак от выплавки феррохрома, дополнительно содержит горный песок состава, мас.% СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; Аl2О3 9,8-11,0; SiO2 34,1-39,9; FeO 12,8-26; MnO 0,3-0,55; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2, включающий 10-20% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| доменный шлак | 40-45 |
| двуводный гипс | 4-9 |
| указанный горный песок | 4-9 |
| шлак от выплавки феррохрома | остальное, |
причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 450 м2/кг.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что минеральный состав доменного шлака, шлака от выплавки феррохрома и горного песка (отход обогащения железных руд), содержащего 10-20% минералов гранатов, идентичны и содержат, в основном, силикаты и алюминаты кальция, ферраты кальция, гранаты [3, 4]. При затворении водой образуются гидросиликаты, гидроалюминатами, гидроферриты, гидрогранаты, гидросульфоалюминаты. При гидратации идет процесс образования тонковолокнистых гидросиликатов и крупных игольчатых кристаллов гидросульфоалюминатов кальция. Взаимопроростание этих кристаллов способствует уплотнению и упрочнению структуры цементного камня.
В горном песке, в доменном шлаке и шлаке от выплавки феррохрома содержатся элементы железа, титана, марганца, хрома, никеля, которые активизируют гидратацию силикатов и алюминатов кальция, способствуют росту кристаллов и образованию новых минералов (силикатов и алюминатов кальция) [5]. Поэтому в качестве активизатора в предлагаемом изобретении предлагается горный песок, в котором содержится 10-20% минералов гранатов, обладающих вяжущими свойствами.
В предлагаемом изобретении наиболее хрупким материалом является шлак от выплавки феррохрома, затем доменный шлак и горный песок. При помоле смеси образуется большое количество мелких частиц из шлака от выплавки феррохрома, более крупными являются частицы из доменного шлака. Химически более активными являются мелкие частицы из шлака от выплавки феррохрома. На второй стадии в реакцию вступают крупные частицы доменного шлака. В результате наблюдается более плотная упаковка вновь образующихся кристаллов и возрастает плотность цементного камня [4, 5].
Перечисленные факторы получения предлагаемого вяжущего позволяют повысить его прочность и морозостойкость.
Для получения предлагаемого вяжущего применяют доменный шлак ОАО «Кузнецкий металлургический комбинат», гипс и горный песок (отходы обогащения железных руд) ОАО «Абагурская агломерационная фабрика». Химический состав шлаков и песка приведен в таблице 1.
Высушенные при 115°С компоненты в соотношении (Таблица 2) размалывают до удельной крупности 450 м2/кг в лабораторной мельнице, затворяют водой до получения теста стандартной густоты, изготавливают балочки размером 4×4×16 см с применением вибрации в течение 3 минут на виброплощадке. Твердение осуществляют в нормальных условиях в гидравлической ванне при 25°С. Образцы испытывают в возрасте 28 суток. Испытание на морозостойкость осуществляют по ГОСТ 7025-78. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
На основании результатов испытаний предлагаемое вяжущее по сравнению с известными обладает более высокой прочностью и морозостойкостью, и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий, кладочных штукатурных растворов и сухих строительных смесей. Получение предлагаемого вяжущего позволяет утилизировать отходы производства и создать базу для производства дешевых строительных материалов.
| Таблица 1 | |||||||||
| Материал | Химический состав, мас.% | ||||||||
| Сr2О3 | СаО | MgO | Al2O3 | SiO2 | FeO | MnO | SO3 | Na2O +K2O | |
| Шлак от выплавки феррохрома | 2-6 | 40-47 | 8-10 | 6-8 | 24-28 | 0,2-0,5 | |||
| Доменный шлак | 38-42,2 | 4,8-9,9 | 12,3-17 | 36,2-42 | 0,6-2,6 | 0,2-1,1 | 0,4-12 | 0,13-0,17 | |
| Горный песок | 11,3-13,7 | 4,2-5,7 | 9,8-11 | 34,1-39,9 | 12,8-26 | 0,3-0,55 | 1,7-3,2 | 1,3-3,2 |
Вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, двуводный гипс, шлак от выплавки феррохрома, отличающееся тем, что дополнительно содержит горный песок состава, мас.%: СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; Аl2О3 9,8-11,0; SiO2 34,1-39,9; FeO 12,8-26; MnO 0,3-0,55; SO3 1,7-3,2; Na2O+K2O 1,3-3,2, включающий 10-20% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Доменный шлак | 40-45 |
| Двуводный гипс | 4-9 |
| Указанный горный песок | 4-9 |
| Шлак от выплавки феррохрома | Остальное |
причем помол смеси осуществляют до удельной поверхности 450 м2/кг.
