Гидравлическое вяжущее на основе шлака и магматических горных пород

Изобретение относится к составам шлакощелочного вяжущего с применением измельченных магматических горных пород и предназначено для производства строительных растворов и бетонов. Технический результат изобретения - повышение прочности, уменьшение усадочных деформаций вяжущего. Вяжущее содержит, мас.%: доменный шлак 23,8-65,1; магматическая горная порода - гранит, или габбро-диабаз, или перидотит 24,1-63,0; жидкое стекло - натриевое, калиевое или их смесь 10,0-12,0; гидроксид натрия или калия 0,8-1,2. 1 табл.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к составам шлакощелочного вяжущего с применением измельченных магматических горных пород и предназначено для производства строительных растворов и бетонов.

2. Уровень техники, к которой относится изобретение

Известны вяжущие, полученные из измельченного до дисперсности 300-350 м²/кг шлака и щелочного активизатора [Глуховский, В.Д. Производство бетонов и конструкций на основе шлакощелочных вяжущих / В.Д Глуховский, П.В.Кривенко, Г.В.Румына, В.Л.Герасимчук. - К.: Будiвельник, 1988, с.45-48]. В качестве активизатора, при введении которого достигаются наибольшие прочностные характеристики, предложено использовать низкосиликатные щелочные стекла плотностью 1,25-1,3 и модулем 1-2. В зависимости от содержания в композиции жидкого стекла прочность на различных шлаках варьируется в пределах от 50 до 100 МПа. Одним из существенных недостатков данного вяжущего является преждевременное схватывание смеси, усложняющее операцию укладки, а также высокие усадочные деформации вяжущего, снижающие его долговечность.

При замещении шлака на 15-20% обожженной или необожженной глиной были улучшены прочностные характеристики и замедлены сроки схватывания шлакощелочного вяжущего [Глуховский В.Д. и др. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. - Киев: "Вища школа", 1981, с.56-58]. Однако введение глины увеличило потребность в щелочесиликатном активизаторе до 10-30%. Другим существенным недостатком данного вяжущего являются высокие энергетические затраты, связанные с обжигом глины.

Предложены шлакощелочные вяжущие, содержащие около 36-72% шамота, обладающие прочностью в 53-75 МПа [А.с. 697429 СССР, М.Кл² С04В 7/14. Вяжущее / И.А.Пашков, А.Н.Ефремов (СССР). - №2518162/29-33; заявлено 22.08.77; опубл. 18.11.79. Бюл. №42].

Известно вяжущее, полученное из смеси шлака и термически обработанного алюмосиликатного материала (каолина, полевошпатовой породы), активизированное растворами щелочных силикатов [Пат. AU 2003255592. Poly(sialate-disiloxo)-based geopolymeric cement and production method there of / Davidovits Joseph; Davidovits Ralph. 2003-12-12]. При всех достоинствах вяжущего, а именно высокой прочности при сжатии, огнестойкости, коррозионной стойкости, в его составе содержится не менее 25% щелочного силиката, что сказывается на стоимости вяжущего и является причиной развития усадочных деформаций. Кроме того, при изготовлении вяжущего требуется обжиг алюмосиликатного сырья при температуре 650-950°С в течение 3-5 часов.

Известно активизированное щелочью гидравлическое вяжущее, содержащее 23% и более шлака, алюмосиликат природного или техногенного происхождения (базальт, андезит, глина, мергель, зола-унос) от 23-75% и жидкое стекло в пересчете на Na₂O до 4%. Указанное вяжущее отличается небольшой прочностью в 37-60 МПа [Пат. СА. 2562115, С04В 7/21, С04В 28/08. Hydraulic binder /Ko Suz-Chung, Kruspan Peter, Gebauer Juraj. - publication № WO 2005/097701; Filing Date:2005-04-05; Publication Date: 2005-10-20].

Существует шлакощелочное вяжущее, содержащее, мас.%: бой керамического кирпича 22,8-58,0, жидкое стекло 9,0-10,8 и доменный шлак 31,2-68,2 [Пат RU (11) 2296724 (13) C1. C04B 7/153. Вяжущее (Варианты) / Соколов А.А., Хабибуллина Н.Р., Рахимов Р.З., Рахимов М.М. - 2005121736/03; заявлено 2005.06.30; опубл. 2007.04.10]. Недостатком указанных составов вяжущих является высокое водопоглощение (11-16%).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является вяжущее, содержащее, мас.%: натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,4-3, 3,2-9,8 (на сухое), магматическая горная порода - анортозит 8,2-68, доменный шлак - остальное (SU 1830387 А1, 30.07.1993, 5 с.). Основным недостатком данного вяжущего является небольшая прочность 28,4-42,5 МПа и достаточно высокая усадка.

3. Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на повышение прочности, уменьшение усадочных деформаций вяжущего, а также расширение сырьевой базы для его производства.

Технический результат изобретения достигается тем, что вяжущее, включающее доменный шлак, жидкое стекло, магматическую горную породу, согласно изобретению содержит в качестве магматической горной породы гранит, или габбро-диабаз, или перидотит, жидкое стекло - натриевое или калиевое либо их смесь и дополнительно - гидроксид натрия или гидроксид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

доменный шлак	65,1-23,8
указанная магматическая порода	24,1-63,0
указанное жидкое стекло	10,0-12,0
указанный гидроксид	0,8-1,2

В качестве сырья для производства гидравлического вяжущего использовались следующие материалы: доменный шлак, магматические горные породы - гранит, габбро-диабаз или перидотит.

Для активизации процесса твердения использовалось жидкое стекло натриевое модулем Мс=2,4, или калиевое модулем Мс=3,1, или смешанное - калий-натриевое с силикатным модулем 2,67 и плотностью 1,4-1,5 г/см³ и гидроксид натрия или калия.

Для изготовления вяжущего доменный шлак совместно измельчался с магматической горной породой - гранитом, или габбро-диабазом, или перидотитом до удельной поверхности 350-450 м²/кг. Полученная смесь затворялась раствором жидкого стекла (натриевого или калиевого либо их смесью) и гидроксида натрия или калия, а затем формовалась под действием вибрации на виброплощадке. Пригодность смеси к формованию регулировалась индивидуально до получения теста нормальной густоты в соответствии с РСН 336-90 [РСН 336-90. Изготовление и применение шлакощелочных вяжущих, бетонов и конструкций. - Госстрой УССР, 1990]. Для приведенных составов в примерах реализации изобретения (см. таблица) получение теста нормальной густоты образуется при содержании воды от 29 до 34%.

Для исследования прочностных свойств и водопоглощения вяжущего были изготовлены образцы кубиками размером 2×2×2 см, а для определения усадочных деформаций - образцы балочки размерами 2×2×10 см. Прочность вяжущего при сжатии определялась через 28 суток твердения образцов в нормально-влажностных условиях при температуре 23±2°С, а также после тепловой обработки при температуре 95±5°С по режиму 3 часа подъема температуры + 6 часов изотермической выдержки + остывание.

Испытание на водопоглощение проводилось на образцах, затвердевших в нормальных условиях и выдержанных в воде в течение 10 суток. Одновременно с оценкой водопоглощения определялась прочность при сжатии после насыщения образцов водой - R^нас.

Свойства и составы вяжущих по предлагаемому изобретению и по составам, принятым за прототип, представлены в таблице.

В таблице приведены примеры реализации изобретения при минимальном, среднем и максимальном содержании габбро-диабаза и перидотита в составе вяжущего с использованием в качестве активизатора натриевого жидкого стекла и гидроксида натрия как наиболее распространенных видов щелочесодержащих активизаторов. Приведение примеров составов вяжущих с этими горными породами и другими составами активизаторов нецелесообразно, так как из таблицы видно, что физико-механические свойства получаемых вяжущих аналогичны составам с использованием гранита (см. таблицу, примеры 5-8).

Анализ полученных данных показывает, что введение в состав вяжущего магматической горной породы - гранита, габбро-диабаза или перидотита - совместно с активизатором в виде жидкого стекла и щелочного гидроксида обеспечивает получение высокопрочного вяжущего. Кроме того, предлагаемое вяжущее имеет небольшое водопоглощение, небольшую усадку и высокую водостойкость. Использование трех видов горных пород алюмосиликатного состава, обладающих высокой прочностью, позволяет расширить сырьевую базу для получения вяжущих.

Кроме того, разработанные вяжущие твердеют в нормальных условиях и продолжают набирать прочность в воде, что свидетельствует о высокой водостойкости вяжущего.

Вяжущее, включающее доменный шлак, жидкое стекло, магматическую горную породу, отличающееся тем, что содержит в качестве магматической горной породы гранит, или габбро-диабаз, или перидотит, жидкое стекло натриевое, калиевое или их смесь и дополнительно - гидроксид натрия или калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

доменный шлак	23,8-65,1
указанная магматическая горная порода	24,1-63,0
указанное жидкое стекло	10,0-12,0
указанный гидроксид	0,8-1,2