вяжущее

Формула изобретения

Вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения, отличающееся тем, что в качестве шлака от выплавки стали оно содержит электросталеплавильный шлак, а в качестве активизатора твердения - отходы мокрой магнитной сепарации железных руд при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Доменный гранулированный шлак - 40-50

Двуводный гипс - 4-8

Отходы мокрой магнитной сепарации железных руд - 4-5

Электросталеплавильный шлак - Остальное

Описание изобретения к патенту

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.

Известны бесклинкерные вяжущие из доменных шлаков с добавками активаторов твердения, в частности металлов, ионных солей - фторидов, сульфатов и др., имеющие прочность на сжатие в возрасте 28 суток до 31 МПа /1/.

Известно также вяжущее, содержащее гранулированный доменный шлак, шлак от выплавки стали, нефелиновый шлам и активизатор твердения в виде смеси фторида калия и жидкого стекла /2/. Недостатками этих видов вяжущих являются пониженная прочность на сжатие и особенно на растяжение при изгибе, а также водостойкость и морозостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения в виде щелочных отходов травления стального листа /3/. Недостатками известного вяжущего также являются пониженные прочность, водостойкость и морозостойкость.

Задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении повышенных значений этих характеристик вяжущего при использовании в его составе кислого гранулированного доменного шлака и основного электросталеплавильного шлака при твердении вяжущего в нормальных условиях.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов вяжущего, а также тонкости помола и гранулометрического состава при совместном их помоле в шаровой мельнице, что обеспечивает максимальное использование гидравлической (химической) активности шлаков.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения, в качестве шлака от выплавки стали содержит электросталеплавильный шлак, а в качестве активизатора твердения - отходы мокрой магнитной сепарации железных руд при следующем соотношении компонентов, мас.%: доменный гранулированный шлак 40-50, двуводный гипс 4-8, отходы мокрой магнитной сепарации железных руд 4-5, электросталеплавильный шлак остальное.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что полиминеральный состав шлаков и отходов обогащения руды, а также соотношение компонентов вяжущего обусловливают в свою очередь многофазовость состава затвердевшего цементного камня. Кристаллические новообразования в последнем представлены гидросиликатами, гидросульфоалюминатами, гидроалюминатами, гидрогранатами, гидрофферитами кальция и др. Условлено, что продуктами гидратации вяжущего являются в основном тонковолокнистые гидросиликаты кальция и сросшиеся с ними более крупные игольчатые кристаллы гидросульфоалюмината кальция, что способствует уплотнению и упрочнению структуры цементного камня.

Активизирующая роль в процессах гидратации и твердения вяжущего добавки отходов обогащения железной руды обусловлена присутствием в них d - металлов - железа, титана, марганца, никеля и др. и их соединений. Известно, что введение малых количеств ряда веществ с металлической связью в вяжущие системы приводит к интенсификации гидратации силикатных и алюминатных фаз, росту количества новообразований и содержания химически связанной воды, что связано с активацией поверхности твердых фаз и поликонденсационными процессами /1/.

Кроме того, химический фактор активизирующего влияния на твердение вяжущего отходов обогащения железной руды связан с присутствием в них соединений щелочных металлов (суммарное содержание Na₂O+K₂O 1,3-3,0%), взаимодействующих с минералами и стекловидной фазой шлаков с образованием комплексных соединений, обладающих высокой прочностью. Имеет место и физический фактор достижения высокой плотности и прочности цементного камня при найденном оптимальном соотношении компонентов вяжущего. Он обусловлен особенностями зернового состава и разной размолоспособностью доменного и электросталеплавильного шлаков. Последний вследствие более высокой основности (модуль и принятой системы шлакоудаления по сравнению с крупнозернистым кислым доменным шлаком с Мо=0,87-0,88 (размер зерен от 0,3 до 20 мм) характеризуется высоким содержанием мелких и пылевидных частиц размером до 0,3 мм от 65 до 86% по массе при содержании "цементных" зерен размером менее 0,08 мм 50-70% (модули крупности шлаков соответственно Мкр= 3,1-3,5 и Мкр=0,3-0,6). В результате значительно меньшей крупности и более высокой размолоспособности электросталеплавильного шлака продукт совместного помола компонентов вяжущего характеризуется прерывистым характером гранулометрического состава, т.е. двумодальной кривой распределения частиц по размерам, при котором в наиболее мелких фракциях вяжущего (0,002-0,008 мм) присутствует преимущественно более химически активный электросталеплавильный шлак, а в наиболее крупных (0,04-0,10 мм) - доменный шлак. Прерывистость гранулометрического состава вяжущего оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного камня. Опыты также показали, что при равных удельных затратах энергии на помол компонентов вяжущих достигается удельная поверхность предложенного вяжущего 450-500 м²/кг, тогда как известного (содержащего конверторный сталеплавильный шлак) - 360-400 м²/кг, а обычного цемента (портландцемента) - 320-350 кг/м³.

Перечисленные факторы получения бесклинкерного вяжущего позволяют существенно повысить не только его прочность, но и показатели водостойкости и морозостойкости.

Для получения предлагаемого вяжущего применяют доменный гранулированный шлак и электросталеплавильный шлак ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат", отходы мокрой магнитной сепарации железной руды ОАО "Абагурская агломерационная фабрика" и двуводный гипс. Химические составы шлаков и отходов обогащения руды приведены в табл.1.

Смеси компонентов, взятые после предварительной сушки в соотношениях, приведенных в табл.2, и размолотые до удельной поверхности 450-470 м²/кг в лабораторной шаровой мельнице, затворяют водой до получения теста стандартной нормальной густоты. Из полученных смесей вяжущего уплотнением на стандартной виброплощадке в течение 3 мин приготавливают образцы - балочки размером 4 х 4 х 16 см. Твердение образцов осуществляют в нормальных условиях в гидравлической ванне и при пропаривании в камере при 80-90^oС в течение 12 ч. Испытания образцов проводят в стандартном возрасте 28 сут. Водостойкость вяжущих оценивают по результатам определения коэффициента размягчения (отношение прочности на сжатие образцов после водонасыщения к прочности образцов, высушенных до постоянной массы). Испытание образцов на морозостойкость осуществляют по ГОСТ 7025-78 в возрасте 28 сут. Результаты испытаний вяжущего приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, предлагаемое вяжущее характеризуется по сравнению с известным более высокой прочностью, водостойкостью и морозостойкостью. Характерным положительным свойством полученного вяжущего является повышенная прочность на растяжение при изгибе - коэффициент изгиба Rри/Rсж=0,25-0,26 против 0,12-0,22 у известных вяжущих. Это свойство наряду с высокой морозостойкостью обусловливает эффективность применения вяжущего в бетонных покрытиях дорог и аэродромов. Особенностью предложенного вяжущего является также то, что выдерживание в нормальных условиях (влажная среда при температуре 20-25^oС) является оптимальным для его твердения, а пропаривание приводит к снижению прочности.

Получение предлагаемого вяжущего позволит расширить области эффективного использования металлургических шлаков и создать базу для производства дешевых строительных материалов.

Источники информации

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

2. А.с. СССР 1608152, МКИ 6, C 04 B 7/14, 1990

3. А.с. СССР 1303575, МКИ 6 C 04 B 7/14, 1987 (прототип).