ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2271343

ВЯЖУЩЕЕ

ВЯЖУЩЕЕ

Имя изобретателя: Рахимов Марат Муллахмедович (RU); Хабибуллина Наиля Равилевна (RU); Рахимов Равиль Зуфарович (RU); Конюхова Татьяна Петровна (RU); Михайлова Ольга Александровна (RU); Соколов Андрей Александрович 
Имя патентообладателя: Казанская государственная архитектурно-строительная академия
Адрес для переписки: 420043, г.Казань, ул. Зеленая, 1, КГАСА, ПИО
Дата начала действия патента:  2004.11.15

Изобретение относится к составам шлакощелочных вяжущих и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для приготовления строительных растворов и бетонов. Технический результат - расширение сырьевой базы шлакощелочных вяжущих за счет использования для производства затворителя минерального кремнеземсодержащего сырья, снижение их себестоимости, повышение прочности. Вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак и жидкое стекло, содержит жидкое стекло с силикатным модулем n=1,5-2 и плотностью r=1,3 г/см3, полученное из цеолитсодержащей кремнистой породы, при шлакорастворном отношении Ш/Р=1:(2,94-3,33) и доле щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2O, равной 3,8-4,3%.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к составам шлакощелочных вяжущих и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для приготовления строительных растворов и бетонов.

Известно шлакощелочное вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью не менее 300 м2/кг и раствор щелочи (Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Будивельник, 1978, с.29-30). Наибольшие прочностные показатели (до 90 МПа и более) имеют составы с затворителем из водных растворов силикатов натрия. При этом доля щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2О составляет 2...5%, а шлакорастворное отношение 2,78...3,13 (ТУ 67-1020-89 "Вяжущее шлакощелочное").

Недостатком таких составов является использование дорогостоящего жидкого натриевого стекла. Жидкое стекло, получаемое по традиционной технологии из силикат-глыбы, весьма энерго-, трудо- и материалоемко, что сказывается на конечной стоимости продукта. В связи с этим становится целесообразной замена жидкого стекла из силикат-глыбы на другое, получаемое по более простой и экономичной технологии - растворением кремнезема в щелочах (Ю.П.Карнаухов, В.В.Шарова. Особенности формирования структуры и свойств шлакощелочных вяжущих на жидком стекле из микрокремнезема // Строительные материалы. - 1995.- №9. - с.26-28). Для производства жидкого стекла этим способом сырьем являются кремнеземсодержащие компоненты и материалы. Основной критерий определения пригодности сырья для производства жидкого стекла растворением кремнезема в щелочах - это содержание SiO2 . При этом могут использоваться сырьевые материалы как природного, так и техногенного происхождения.

Известны шлакощелочные вяжущие на основе ваграночного шлака и жидкого стекла, полученного путем прямого растворения в щелочи отхода кремниевого производства - микрокремнезема (отхода цеха кристаллического кремния Братского алюминиевого завода) (Патент РФ №2124485, кл. С 04 В7/153,1999).

Недостатки вяжущих указанного состава заключаются в повышенном расходе щелочного компонента (Ш/Р=1,25-1,67) и экономической целесообразности их получения только на производствах, располагающихся вблизи промышленных предприятий, продукцией или отходами которых является микрокремнезем.

Изобретение направлено на расширение сырьевой базы шлакощелочных вяжущих за счет использования для производства затворителя минерального кремнеземсодержащего сырья, снижение их себестоимости, повышение прочности.

Результат достигается тем, что шлакощелочное вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак и жидкое стекло, согласно изобретению содержит жидкое стекло с силикатным модулем n=1,5-2 и плотностью r=1,3 г/см3, полученное из цеолитсодержащей кремнистой породы, при шлакорастворном отношении Ш/Р=1:(2,94-3,33) и доле щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2O, равной 3,8-4,3%.

В качестве алюмосиликатной составляющей шлакощелочного вяжущего могут применяться гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки, соответствующие ГОСТ 3476-74 "Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов". Для изготовления образцов использовали доменный гранулированный шлак Орско-Халиловского металлургического комбината. Химический состав шлака представлен в таблице 1. В соответствии с ГОСТ 3476-74 по химическому составу и коэффициенту качества шлак относится ко 2 сорту. 

Таблица 1
Содержание соединений по массе, % Модуль основности
SiO 2 CaO Al 2O3 MgO MnO Fe2 О3 TiO 2 Na2O К2О Р 2O5 SO 3
40,02 42,02 8,22 6,26 0,34 <0.1 0,36 0,44 0,66 0,04 1,45 1,0

Для получения жидкого стекла используется кремнистая цеолитсодержащая порода Татарско-Шатршанского месторождения РТ. Жидкое стекло из кремнистых цеолитсодержащих пород получают обработкой раствором гидроокиси натрия. Суспензию из кремнистой цеолитсодержащей породы и раствора едкого натра нагревают при 95-105°С, после чего реакционную смесь отстаивают до отделения твердой части от жидкой, затем жидкое стекло отделяют декантацией. Твердый осадок промывают, а промывные воды добавляют в полученный готовый продукт и выпаривают на водяной бане до плотности 1,3 г/см3. По сравнению с традиционным автоклавным методом процесс варки жидкого стекла из минерального кремнеземсодержащего сырья более экономичен, поскольку проводится мокрым безавтоклавным способом при низких температурах (Под ред. А.В.Якимова, А.И.Бурова. Цеолитсодержащие породы Татарстана и их применение. Казань: ФЭН АН РТ, 2001, с.141-142).

Для сравнения шлакощелочные вяжущие изготовлялись на жидком стекле из цеолитсодержащих кремнистых пород Татарско-Шатрашанского месторождения Республики Татарстан и промышленном жидком стекле ГУП "Камэнергостройпром" (г.Нижнекамск РТ), соответствующих требованиям ГОСТ 13078-81 "Силикат натрия растворимый". Химический состав жидких стекол, использовавшихся при изготовлении образцов, представлен в таблице 2.

Таблица 2
  SiO2 Al2O3 TiO2 Fe 2O3 MnO CaO MgO Na2O К 2O Р2O 5
1 28,05 0,055 0,01 0,014 0,01 0,01 0,01 9,92 0,01 <0,01
2 27,62 0,17 0,001 0,002 0,001 0,01 0,001 12,67 0,05 0,01
1 - жидкое стекло производства ГУП "Камгэсэнергостройпром"

2 - жидкое стекло из цеолитсодержащих кремнистых пород

Вяжущее готовят следующим образом

Производится помол гранулированного доменного шлака до Sуд=300...350 м2/кг. Молотый шлак затворяется водным раствором жидкого стекла из кремнистой цеолитсодержащей породы плотностью 1,3 г/см 3 с силикатным модулем n=1,5-2 при шлакорастворных отношениях 1:2,94; 1:3,13; 1:3,33, при этом доля щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2O составляет 4,3; 4; 3,8% соответственно. Из приготовленной смеси изготовляли и испытывали образцы-балочки в соответствии с требованиями, изложенными ТУ 67-1020-89 "Вяжущее шлакощелочное". Прочность образцов определяли после тепловлажностной обработки по режиму 3+6+3 при температуре изотермического прогрева 95±5°С.

Аналогичным образом для сравнения были изготовлены образцы с затворителем из промышленного жидкого стекла ГУП "Камэнергостройпром" плотностью 1,3 г/см3 с силикатным модулем n=1,5-2 при Ш/Р=3,13.

Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3
Наименование показателя Ш/Р Na2O, % Прочность при сжатии образцов после ТВО, МПа Прочность при изгибе образцов после ТВО, МПа
Жидкое стекло "Камэнергостройпром" 3,13 4 70,1 8,2
Жидкое стекло из кремнистых цеолитсодержащих пород 3,33 3,8 80,4 9,0
3,13 4 82,1 9,1
2,94 4,3 82,9 9,7

Приведенные данные свидетельствует об эффективности использования в качестве затворителя шлакощелочных вяжущих водного раствора жидкого стекла из цеолитсодержащих кремнистых пород. По прочностным характеристикам полученное вяжущее на марку превосходит вяжущее, полученное с использованием водного раствора жидкого стекла, полученного традиционным промышленным способом. Более высокие прочностные характеристики шлакощелочного вяжущего на жидком стекле из цеолитсодержащих кремнистых пород, вероятно, связаны с более высоким содержанием оксида алюминия, участвующего в структурообразовании вяжущих. По срокам схватывания и равномерности изменения объема вяжущее соответствует требованиям, предъявляемым по этим показателям в соответствии с ТУ 67-1020-89 "Вяжущее шлакощелочное".

Таким образом, жидкое стекло из кремнистых цеолитсодержащих пород Татарско-Шатрашанского месторождения РТ (при плотности 1,3 г/см3 и силикатном модуле n=1,5-2) обеспечивает получение шлакощелочного вяжущего более высокой марки 800 (на доменном гранулированном шлаке с Мо=1 и удельной поверхностью не менее 300 м2/кг), по сравнению с вяжущим на основе жидкого стекла, полученного традиционным промышленным способом.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак и жидкое стекло, отличающееся тем, что содержит жидкое стекло с силикатным модулем n=1,5-2 и плотностью r=1,3 г/см3, полученное из цеолитсодержащей кремнистой породы, при шлакорастворном отношении Ш:Р=1:(2,94÷3,33) и доле щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2O, равной 3,8-4,3%.

Версия для печати
Дата публикации 12.05.2007гг


вверх