Результат интеллектуальной деятельности: ВЯЖУЩЕЕ

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам гипсовых вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных изделий, а также в монолитном домостроении.

Известно вяжущее повышенной водостойкости, приведенное в Патенте России №2425811 МПК C04B 11/00; C04B 18/04; C04B 111/27, опубликованном 10.08.2011. Бюл. №22.

Состав вяжущего включает компоненты при следующем их соотношении:

- Строительный гипс (β-CaSO₄·0,5 H₂O) 94,5-98,5;

- Молотая колошниковая пыль 1-4;

- Отход производства ланолина 0,5-1,5.

Наряду с достоинствами вяжущего увеличивается водостойкость с величины К_разм=0,34 до 0,65-0,7, имеются и недостатки:

1. Энергоемкий процесс получения вяжущего, т.к. колошниковую пыль подвергают тонкому измельчению, чтобы повысить удельную поверхность с 1900 см²/г до 2500 см²/г, что увеличивает себестоимость вяжущего.

2. Вяжущее обладает недостаточной водостойкостью К_разм=0,6-0,7, т.е. не является водостойким. Гипсовое вяжущее, как известно, считается водостойким при условии К_разм>0,75-0,8 (См. А.А. Пащенко, В.П. Сербии, Е.А. Старченская. "Вяжущие материалы". Издательское объединение «Вища школа», 1975, с.444).

Наиболее близкий состав к предлагаемому вяжущему приведен в Авт. Свид. СССР №1303586, C04B 28/14 и C04B 7/04, опубл. 15.04.87. Бюл. №14.

Известная смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

- Каустический магнезит 1-10;

- Железосодержащие отходы газоочистки доменных печей 2-17;

- Полуводный гипс - остальное.

Известное вяжущее затворяется раствором бишофита с плотностью 1,3 г/см³ (30%-ная концентрация MgCl₂).

Если твердую составляющую бишофита MgCl₂·6H₂O включить в 100% известного вяжущего, то состав прототипа содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

- Полуводный гипс (β-CaSO₄·0,5 H₂O) 64,30-85,0;

- Каустический магнезит 0,90-8,80;

- Железосодержащие отходы газоочистки доменных печей (колошниковая пыль фракции не более 1,25 мм) 1,75-15,0;

- MgCl₂, вводимая раствором бишофита, плотностью 1,3 г/см³ (концентрация MgCl₂ - 30%) 11,90-12,35

Известное вяжущее наряду с достоинствами (утилизируются отходы доменного производства, высокая водостойкость) имеет и недостатки:

1. Низкая прочность вяжущего при сжатии после 2-х часов 3,06-4,74 МПа, т.е. в среднем для трех смесей - 3,83 МПа, а у полуводного гипса прочность - 4,22 МПа.

2. Энергоемкая технология приготовления железосодержащего отхода доменных печей, т.к. используется гидроотвальный шлам, содержащий грубодисперсную колошниковую пыль фракции не более 1,25 мм. Такой отход необходимо сушить и просеивать через сито с d=1,25 мм.

3. Сравнительно высокий расход бишофита (на 5-6% выше), что увеличивает себестоимость.

Задача данного изобретения - увеличить прочность при сжатии через два часа и упростить технологию приготовления без снижения водостойкости, конкретно - коэффициента размягчения.

Для реализации задачи наряду со строительным гипсом (β-CaSO₄·0,5H₂O), железосодержащим отходом газоочистки доменных печей - колошниковой пылью, каустическим магнезитом, введена соль MgCl_2, посредством бишофита с плотностью 1,1 г/см³ и пылевидная алюмосиликатная добавка.

В качестве железосодержащего отхода газоочистки доменных печей используют колошниковую пыль с удельной поверхностью 1900-1920 см²/г, а в качестве алюмосиликатной добавки - керамзитовую пыль из циклонов при следующем содержании всех компонентов, мас.%:

- Строительный гипс (β-CaSO₄·0,5 H₂O) 78,4-89,3

- Колошниковая пыль 1,9-1,91

- Каустический магнезит 0,95-1,0

- Керамзитовая пыль 2,85-14,35

- Хлористый магний(MgCl₂) 4,34-5,0

Характеристика компонентов, принятых для реализации задачи:

1. Строительный гипс (β-CaSO₄·0,5 H₂O).

Марка Г-4. Прочность при сжатии через 2 часа 4,2-4,3 МПа.

Сроки схватывания:

- начало 6-8 мин

- конец 11-12 мин

Отвечает требованиям ГОСТ 125-79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия». Коэффициент размягчения 0,36-0,38.

2. Колошниковая пыль ОАО "Тулачермет". Химический состав КП % по массе:

SiO₂ - 11,76-12,5;

Al₂O₃ - 1,51-1,75;

CaO - 9,97-10,77;

MgO - 1,76-2,1;

Na₂O - 0,19-0,23;

K₂O - 0,13-0,23;

MnO - 0,065-0,101;

P₂O₅ - 0,12-0,14;

P - 0,08-0,084;

Fe - 1,63-1,7;

FeO - 9,81-10,3;

Fe₂O₃ - 41,08-43,29;

C - 18,53-19,4;

S - 0,3-0,47.

Всего железосодержащих, % по массе, 52,62-55,29.

Минералогический состав, % по массе:

- анортит (CaAl₂SiO₂) - 5-8;

- магнетит (FeO·Fe₂O₃) - 10-12;

- фаялит (Fe₂SiO₃) - 2-4;

- окерманит (CaMgSi₂O₇) - 1-3;

- силикат кальция - 10-12;

- стеклофаза - 8-14;

- свободные (Fe₂O₃; FeO; Fe) - остальное.

Удельная поверхность 1900-1920 см²/г.

3. Каустический магнезит - попутный отход, получаемый в результате улавливания пыли, образующейся при производстве спеченного периклазового порошка и применяемый в качестве вяжущего вещества (См. ГОСТ 1216-87 Порошки магнезитовые каустические. Технические условия). В данном изобретении принято ПМК-87, т.е. каустический магнезит, содержащий не менее 87% MgO.

4. Магний хлористый технический (бишофит) MgCl₂·6H₂O.

Принят бишофит из Волгоградской скважины. Отвечает требованиям ГОСТ 7759-73. Принят раствор бишофита плотностью 1,1 г/см³ с концентрацией 13%.

5. Керамзитовая пыль. Принята пыль из циклонов обжигательной печи. Образуется в результате газоочистки при обжиге керамзита. Керамзит - искусственный пористый заполнитель. Его получают в результате вспучивания расплава из глины, причем при сравнительно высокой температуре выше 1100°C. Керамзитовая пыль состоит преимущественно из стекловидных микрочастиц, т.к. и кристаллические минералы переходят в расплав (аморфную структуру). (См. С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов. Технология заполнителей бетона: Учеб. для строит. вузов по спец. «Производство строительных изделий и конструкций» - М.: Высш. шк., 1991 - 272 с).

Удельная поверхность керамзитовой пыли 2000-2500 см²/г.

Реализация поставленной задачи подтверждается опытами.

Сухие порошки компонентов (кроме бишофита) дозировали по массе в соотношении компонентов, приведенных в таблице 1. Сухую смесь порошков затворяли раствором бишофита плотностью 1,1 г/см³ с концентрацией MgCl₂ 13% до получения теста нормальной густоты. Из теста методом литья формовали образцы-балочки размером 40×40×160 мм и через 2 часа в соответствие с ГОСТ 23789-79 "Вяжущие гипсовые. Методы испытаний" испытывали на прочность. Вторую часть образцов сушили до постоянной массы при температуре 50°C и часть образцов (6 шт.) водонасыщали до постоянной массы и определяли пределы прочности сухих образцов и водонасыщенных для установления коэффициента размягчения. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Предложенный состав вяжущего позволил увеличить прочность при сжатии после 2-х часов на 11,8-26,5%, а также не уменьшилась водостойкость.

Анализ результатов испытаний

1. Из данных таблицы 1 видно, что все составляющие состава вяжущего не требуют предварительной подготовки (сушки, помола и др.), что упрощает технологию приготовления вяжущего.

2. Составы №1 и №5 являются запредельными, т.к. у состава №1 - ниже водостойкость, а у состава №5 - ниже прочность и водостойкость по отношению к составу прототипа.

3. Из таблицы 2 видно, что прочность после 2-х часов увеличилась на 11,8-26,5%, т.е. с марки Г4 до Г5-Г6, а также не уменьшилась водостойкость. Увеличилась по отношению к прототипу и прочность сухих образцов.

Физико-механическая сущность увеличения прочности и сохранения водостойкости состоит в высокой степени реакционной способности керамзитовой пыли, состоящей из аморфной (стекловидной) составляющей по отношению к MgO каустического магнезита и Mg(OH)₂, образующего при гидролизе MgCl₂. Керамзит и соответственно пыль керамзита образуются, как известно, в результате вспучивания стеклорасплава, образующегося при обжиге глины при температуре выше 1100°C, т.е. микрочастицы пыли являются стекловидными и легко переходят в кислой среде бишофита в гелеобразное состояние кремнезема, а точнее в гель ортокремневой кислоты H₄SiO₄ и гель Al₂O₃. Последние вступают в реакцию с MgO и Mg(OH)₂, образуя нерастворимое соединение гидросиликатов и гидроалюминатов магния типа MgO·SiO₂·nH₂O и MgO·Al₂O₃·nH₂O, которые способствуют увеличению прочности и водостойкости. Аналогично образуются и гидросиликаты кальция из свободной извести, содержащейся в колошниковой пыли.

Экономическая целесообразность предлагаемого вяжущего объясняется следующими факторами:

1. Уменьшается расход сравнительно дорогостоящего бишофита.

2. Утилизируется отход производства - колошниковая пыль и керамзитовая пыль.

3. Не требуются энерго- и теплозатраты на сушку и просев железосодержащих отходов газоочистки доменных печей.

В результате указанных факторов себестоимость предлагаемого вяжущего уменьшается на 20-25% по отношению к себестоимости состава прототипа.