Результат интеллектуальной деятельности: ВЯЖУЩЕЕ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий.

Известна строительная смесь на основе фосфогипса дигидрата и портландцемента, содержащая в качестве добавки высококремнеземистый отход производства ферросилиция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фосфогипс дигидрат - 60-80

портландцемент - 15-25

указанный отход производства - 5-15

вода (сверх 100%) - 10-12.

При этом материал, полученный на основе данной смеси методом прессования при давлении 80 МПа, через 28 суток твердения в естественных условиях имеет предел прочности при сжатии от 15,3 до 22,3 МПа и коэффициент размягчения от 0,6 до 0,71 (патент РФ №2074843, кл. C04B 28/14, C04B 111:20. Опубл. 10.03.1997 г.).

К недостаткам известной строительной смеси относятся низкая водостойкость материала (Кр=0.6-0.71, что относится к группе неводостойких строительных материалов), высокие энергетические затраты на формование изделий (давление прессования 80 МПа), что ограничивает габариты формуемых изделий и соответственно сужает номенклатуру строительных изделий изготавливаемых на основе данной смеси.

Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности является вяжущее, включающее компоненты при следующем соотношении, мас.%: бокситовый шлам, термообработанный при температуре 350-450°C 84-87; фосфогипс, термообработанный при температуре 150°C 7-12; MgCl₂ 4-6. Прочность вяжущего 15.0 МПа, морозостойкость 100 циклов (патент РФ №2016867, кл. C04B 7/00. Опубл. 30.07.1994 г.).

Однако известное вяжущее имеет низкий предел прочности при сжатии, а также высокую температуру обработки фосфогипса.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение предела прочности при сжатии, водостойкости материала.

Технический результат заключается в получении вяжущего с улучшенными эксплуатационными показателями.

Поставленная задача решается тем, что в композицию для изготовления вяжущего, включающую фосфогипс дигидрат, дополнительно введены стеарат цинка, кремнеземсодержащий компонент природного происхождения - опока, или трепел, или диатомит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фосфогипс дигидрат - 77,0-87,5

Стеарат цинка - 2,5-3,0

Кремнеземсодержащий компонент - опока, или трепел, или

диатомит - 10,0-20,0

Оптимальное содержание в композиции кремнеземсодержащего компонента природного происхождения 10,0-20,0 (мас.%) и стеарата цинка 2,5-3,0 (мас.%), так как снижение кремнеземсодержащего компонента менее 10,0 (мас.%) не приводит к проявлению вяжущих способностей композиции, а превышение 20 (мас.%) приводит к снижению марки вяжущего. Введение стеарата цинка менее 2,5 (мас.%) не позволяет повысить коэффициент водостойкости до 0.8, а при введении более 3,0 (мас.%) приводит к удорожанию вяжущего.

В качестве кремнеземсодержащего компонента природного происхождения применяли опоку, трепел, диатомит в виде мелкодисперсного порошка с удельной поверхностью S_уд=2000-2500 см²/гр., химический состав представлен в таблице 1.

Основной положительный эффект от введения в вяжущее кремнеземсодержащего компонента природного происхождения достигается за счет его повышенной адсорбционной способности. В результате совместного помола (механоактивации) фосфогипса дигидрата и кремнеземсодержащего компонента происходит физико-химическая адсорбция пассивирующих пленок с поверхности частиц фосфогипса дигидрата за счет высокоразвитой удельной поверхности и пористости кремнеземсодержащего компонента (опока S_уд=90-120 м²/г, эффективный диаметр пор 52 Å; трепел S_уд=96-135 м²/г, эффективный диаметр пор 48 Å; диатомит S_уд=81-92 м²/г, эффективный диаметр пор 39 Å).

Повышение прочности вяжущего объясняется стерическим эффектом, когда определенный объем наполнителя участвует в образовании каркаса в сочетании с частицами фосфогипса дигидрата. Ультрадисперсные частицы кремнеземсодержащего компонента в результате совместной механоактивации с фосфогипсом дигидратом выполняют роль каркаса в затвердевшем материале, что позволяет повысить прочность вяжущего до 18-20 МПа.

При этом в качестве добавки, повышающей водостойкость вяжущего, выбран стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn), который является гидрофобизирующей добавкой и позволяет повысить коэффициент водостойкости на 20% - до К_р=0,81-0,85. Эффективное действие стеарата цинка на повышение коэффициента водостойкости объясняется блокированием поверхности микропор затвердевшего вяжущего, что обуславливается снижением водопоглощения до 6% (мас.). Повышение указанных свойств позволяют расширить номенклатуру изделий и область применения предлагаемого, вяжущего от изготовления материалов для отделочных работ внутри помещений до наружных отделочных материалов, а также изготовления стеновых материалов на основе предлагаемого вяжущего.

Для составления композиций комплексного вяжущего использованы следующие исходные материалы: фосфогипс дигидрат с ООО «Балаковские минеральные удобрения» (химический состав приведен в табл.2); стеарат цинка (цинк стеариновокислый [CH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn - ТУ 6-09-17-316-96); кремнеземсодержащий компонент природного происхождения: опока карьера села Поливановка Саратовской области, или трепел Зикеевского месторождения Калужской области, или диатомит Балашейского месторождения Самарской области (химический состав приведен в табл.1).

Приготовление вяжущего производят в следующей последовательности: необожженный фосфогипс дигидрат с влажностью не более 16-18% с удельной поверхностью частиц S_уд=1600-1800 см²/гр. в количестве 77,0-87,5% (мас.) от общего количества (например 80,2 с S_уд=1700 см²/гр. для состава №3 таблицы 3) и кремнеземсодержащий компонент с удельной поверхностью частиц S_уд=2000-2500 см²/гр. в количестве 10-20% (мас.) от общего количества (например, 17,0 с S_уд=2200 см²/гр. для состава №3 таблицы 3) помещают в шаровую мельницу, где производят совместный помол (механоактивацию) сырьевой смеси до удельной поверхностью частиц S_уд=3500-4200 см²/гр. Полученную смесь загружают в тепловой агрегат, в котором осуществляют обработку при 150°C в течение 2 часов (низкотемпературный обжиг). Образовавшееся вяжущее загружают в смеситель, куда в последствии подают стеарат цинка (цинк стеариновокислый) в количестве 2,5-3% (мас.) от общего количества вяжущего (например, 2.8% для состава №3 таблицы 3) и смешивают эти компоненты в течение 2-2,5 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 180-200 об/мин (для состава №3 таблицы 3-190 об/мин). После чего полученное готовое вяжущее упаковывают в герметичную тару.

В таблице 3 приведены конкретные составы предлагаемого вяжущего, а в таблице 4 - физико-механические характеристики заявленного вяжущего.

Таким образом, вяжущее, изготовленное из предлагаемых компонентов, обладает более высокими показателями предела прочности при сжатии и коэффициента размягчения (водостойкости) по сравнению с показателями известного вяжущего (прототипа).