Вяжущее
Владельцы патента RU 2465230:
Машкин Николай Алексеевич (RU)
Ильина Лилия Владимировна (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) (RU)
Бердов Геннадий Ильич (RU)
Сухаренко Вячеслав Альбертович (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения вяжущего и изделий на его основе. Вяжущее включает портландцемент, кальций-магний-силикатсодержащую горную породу - диопсид и электролиты - Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 100, диопсид 5-9, электролиты - Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3 1. Технический результат - повышение прочности цементного камня. 3 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения вяжущего и изделий на его основе, причем для его производства может быть применен портландцемент, хранившийся длительное время, в том числе во влажных условиях.
Известно вяжущее, включающее портландцементный клинкер, термообработанную активную минеральную добавку и гипс [патент №2122530. Портландцемент, МПК С04В 7/13, опубликованный 27.11.1998 г]. Однако увеличение прочностных характеристик у данного вяжущего не достаточно высоко. Кроме того, известный способ усложняется обязательной высокотемпературной обработкой минеральной добавки при температуре 1100-1300°С, что приводит к дополнительным затратам и удорожанию вяжущего.
Известно также вяжущее на основе портландцементного клинкера, содержащее два вида клинкера с различным содержанием трехкальциевого алюмината, и гипса [патент №2123984. Специальный портландцемент, МПК С04В 7/02, опубликованный 27.12.1998 г]. Оно может содержать активные минеральные и гидрофобизирующие добавки, ускоритель твердения и полимеры. Однако прочностные характеристики цементного камня на этом вяжущем не достаточно высоки. Кроме того, данное вяжущее имеет сложный состав, что приводит к нестабильности его химического состава и усложняет технологию производства вяжущего.
По своей технической сущности наиболее близким к данному изобретению по совокупности признаков является вяжущее [патент №2320592. Цемент с минеральными добавками, МПК С04В 7/13, опубликованный 27.03.2008 г., прототип], содержащее портландцемент и магнийсиликатную горную породу - верлит.
Однако данное вяжущее также имеет не достаточно высокие прочностные показатели цементного камня (47,9-61,0 МПа).
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении прочности цементного камня.
Поставленная задача решается следующим образом. Вяжущее, содержащее портландцемент, горную породу, в качестве горной породы содержит кальций-магний-силикатсодержащую горную породу - диопсид, и электролиты (Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент - 100, диопсид - 5-9, электролиты (Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3) - 1.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении получения вяжущего с более высокой прочностью цементного камня, чем получаемые известным способом при тех же технологических параметрах подготовки и обработки компонентов. Кроме того, при этом можно использовать для производства вяжущего портландцемент, хранившийся длительное время, включая хранение во влажных условиях.
В вяжущем, в качестве добавок, использованы кальций-магний-силикатсодержащая горная порода - диопсид (см. табл.1), которая является природным сырьем, и электролиты (Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3).
Кальций-магний-силикатсодержащая горная порода - диопсид и электролиты используется в качестве компонента вяжущего совместно с портландцементом. При изготовлении вяжущего на основе портландцемента (в том числе длительно хранившегося, включая хранение во влажных условиях, и утратившего вследствие этого свою активность) кальций-магний-силикатсодержащую горную породу и электролит предварительно измельчают до удельной поверхности 300-350 м2/кг. Далее, при использовании портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ, его смешивают с диопсидом и электролитом в смесителе, например в шаровой мельнице. При использовании портландцемента, хранившегося длительное время, в том числе во влажных условиях, смесь дополнительно измельчают до удельной поверхности, сопоставимой с удельной поверхностью портландцемента, а именно - 300-350 м2/кг.
При этом в сырьевой смеси происходят взаимодействия, влияющие на гидратационную активность и увеличение прочности цементного камня.
Исследуемые составы вяжущих и полученные их прочностные характеристики представлены в табл.2, 3.
| Таблица 1 | |||||||||
| Химический состав диопсида | |||||||||
| Наименование оксидов | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | Na2O | K2O | TiO2 | п.п.п. |
| Содержание оксидов, мас.% | 56,5 | 25,9 | 15,84 | 1,0 | 0,7 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Влияние вида электролита и количества минерального наполнителя (диопсида) на прочность (МПа) цементного камня, твердевшего в условиях тепловлажностной обработки | ||||||||||
| Продолжительность и условия хранения цемента | Вид и количество добавок | |||||||||
| без добавок | электролиты, 1 мас.ч. | диопсид, мас.ч. | диопсид (7 мас.ч.) и электролиты (1 мас.ч.) | |||||||
| Fe2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | AlCl3 | 5 | 7 | 9 | Fe2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | AlCl3 | ||
| 7 суток, нормальные условия | 54,8 | 63,2 | 71,0 | 54,3 | 70,8 | 77,1 | 70,4 | 84,3 | 86,7 | 76,7 |
| 4 месяца, влажные условия | 37,9 | 48,1 | 52,4 | 41,8 | 65,6 | 70,2 | 68,8 | 80,3 | 83,7 | 73,1 |
| 12 месяцев, влажные условия | 21,3 | 28,3 | 31,8 | 23,7 | 33,4 | 36,7 | 34,9 | 40,0 | 46,1 | 38,8 |
| * - ТВО - тепло-влажная обработка по режиму: 3 часа - подъем температуры до 90°С, 8 часов - изотермическая выдержка при данной температуре и 3 часа - снижение температуры до 2°С |
| Таблица 3 | ||||||||||
| Влияние вида электролита и количества минерального наполнителя на прочность (МПа) цементного камня, твердевшего 28 суток в нормальных условиях | ||||||||||
| Продолжительность и условия хранения цемента | Вид и количество добавок | |||||||||
| без добавок | электролиты, 1 мас.ч. | диопсид, мас.ч. | диопсид (7 мас.ч.) и электролиты (1 мас.ч.) | |||||||
| Fe2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | AlCl3 | 5 | 7 | 9 | Fe2(SO4)3 | Al2(SO4)3 | AlCl3 | ||
| 7 суток, нормальные условия | 61,9 | 77,0 | 80,6 | 67,8 | 77,8 | 83,6 | 79,1 | 93,0 | 99,3 | 87,1 |
| 4 месяца, влажные условия | 43,0 | 58,0 | 61,6 | 48,8 | 70,0 | 74,2 | 76,4 | 87,8 | 90,0 | 78,4 |
| 12 месяцев, влажные условия | 22,6 | 34,8 | 38,2 | 28,7 | 36,5 | 40,2 | 38,5 | 51,6 | 53,9 | 46,4 |
Наиболее значительный эффект повышения прочности достигается при введении в состав вяжущего, мас.ч.: портландцемент - 100, диопсид - 5-9, электролиты (Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3) - 1. Изменение количественного состава вяжущего не дает положительного эффекта и приводит к снижению прочности цементного камня.
Помол сырья до удельной поверхности менее 300 м2/кг является недостаточным, так как прочность цементного камня при этом снижается. Измельчение сырья до удельной поверхности свыше 350 м2/кг является экономически необоснованным, так как затраты электроэнергии существенно выше, а увеличение прочности цементного камня при этом незначительное.
Предлагаемое вяжущее имеет следующие преимущества по сравнению с известным (прототипом):
- по сравнению с прототипом увеличены прочностные показатели цементного камня в 1,6-2,1 раза (при использовании портландцемента, хранившегося 7 суток в нормальных условиях),
- по сравнению с составом, изготовленным без добавок, твердевшим в нормальных условиях, увеличены прочностные показатели цементного камня:
- на 50-60% в случае использования портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ;
- в 2-2,4 раза в случае использования цемента, хранившегося длительное время, включая хранение во влажных условиях),
- по сравнению с составом, изготовленным без добавок, твердевшим в условиях тепловлажностной обработки, увеличены прочностные показатели цементного камня:
- на 54-58% в случае использования портландцемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ;
- в 1,9-2,2 раза в случае использования цемента, хранившегося длительное время, включая хранение во влажных условиях).
Вяжущее, включающее портландцемент, горную породу, отличающееся тем, что в качестве горной породы используют кальций-магний-силикатсодержащую горную породу - диопсид, и в состав вводятся электролиты - Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Портландцемент | 100 |
| Диопсид | 5-9 |
| Электролиты - Fe2(SO4)3 или Al2(SO4)3 | 1 |
