RU2096362C1

RU2096362C1 - Binding agent

Info

Publication number: RU2096362C1
Application number: RU95120358/03A
Authority: RU
Inventors: Н.Ф. Башлыков; Л.Г. Бернштейн; М.М. Гасанов; М.Н. Мальков; В.Н. Сердюк; Ю.В. Сорокин; В.Р. Фаликман
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Акционерная компания ПОЛИМОД в области модификаторов бетона"
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: building industry. SUBSTANCE: invention proposes binding agent that contains clay shale roasted at 550-950 C. Clay shale has the following components, wt. -%: SiO₂, 50-54; Al₂O₃, 18-22; Fe₂O₃, 9-10; CaO, 0.5-0.9; MgO, 2-4; R₂O, 1.5-2.5; TiO₂, 0.5-1.2; and nonidentified components, the balance. Optimal ratio of binding agent component, wt.-%: portland cement clinker, 30-85; gypsum, 1-8; clay shale, 10-65; and superplasticizer agent, 0.5-3.5. Concrete based on the indicated binding agent exhibits the increased strength and hardiness. EFFECT: improved properties. 3 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к цементным композициям на основе портландцементного клинкера, характеризующимся высокой прочностью и низкой водопотребностью. The present invention relates to cement compositions based on Portland cement clinker, characterized by high strength and low water demand.

Известно введение водного раствора суперпластификатора в гидравлический цемент при его измельчении 1 в количестве 0,6 1,0 весовых процента в расчете на сухое вещество суперпластификатора. к сожалению, вводимая вместе с раствором суперпластификатора вода ухудшает условия помола и технические показатели конечного цемента. It is known the introduction of an aqueous solution of superplasticizer in hydraulic cement when grinding 1 in the amount of 0.6 to 1.0 weight percent, based on the dry matter of the superplasticizer. unfortunately, the water introduced together with the superplasticizer solution worsens the grinding conditions and technical parameters of the final cement.

Известно также вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера и обоженных глин 2. It is also known astringent obtained by the joint grinding of Portland cement clinker and calcined clay 2.

Наиболее близким к настоящему изобретению является гидравлическое вяжущее, в состав которого входят портландцементный клинкер, гипс, тонкоизмельченная дегидратированная высокоалюминатная глина и суперпластификатор, представляющий собой смесь полимерных нафталинсульфонатов и лигносульфонатов 3. Основной состав глины: SiO₂ 38,32; Al₂O₃ 25,17; Fe₂O₃ 3,02; CaO 1,71; SO₃ 20,35; п. п. п. остальное. Эту алюминатную породу обжигают при 500^oC, затем готовят вяжущее путем перемешивания компонентов при приготовлении бетонной смеси. Данное изобретение позволяет повысить раннюю прочность бетона, однако не позволяет значительно снизить водопотребность вяжущего и добиться высоких прочностных показателей в нормативные сроки твердения. Кроме того, введение дегидратированной тонкоизмельченной высокоалюминатной глины в состав вяжущего в количестве более 10 мас. приводит к ухудшению показателей прочности и долговечности композиций (бетонов и растворов) на основе такого вяжущего.Closest to the present invention is a hydraulic binder, which includes Portland cement clinker, gypsum, finely divided dehydrated high aluminate clay and superplasticizer, which is a mixture of polymeric naphthalenesulfonates and lignosulfonates 3. The main clay composition: SiO ₂ 38.32; Al ₂ O ₃ 25.17; Fe ₂ O ₃ 3.02; CaO 1.71; SO ₃ 20.35; p.p.p. the rest. This aluminate rock is calcined at 500 ^° C., then a binder is prepared by mixing the components in the preparation of the concrete mixture. This invention allows to increase the early strength of concrete, however, it does not significantly reduce the water demand of the binder and to achieve high strength indicators in the standard time of hardening. In addition, the introduction of dehydrated finely ground high aluminate clay in the binder in an amount of more than 10 wt. leads to a deterioration in the strength and durability of the compositions (concrete and mortar) based on such a binder.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение количества вводимой в состав вяжущего активной минеральной добавки на основе глинистой породы при сохранении показателей подвижности бетонной смеси, показателей прочности и долговечности бетонов и растворов в нормативные сроки твердения (28 суток и более). An object of the present invention is to increase the amount of clay-based active mineral additive introduced into the composition of a binder, while maintaining the mobility of the concrete mixture, the strength and durability of concrete and mortar in the standard setting time (28 days or more).

Указанная техническая задача решается тем, что в состав вяжущего, включающего портландцементный клинкер, гипс, активную минеральную добавку на основе глинистых соединений и суперпластификатор, в качестве активной минеральной добавки на основе глинистых соединений вводят обожженный при 550 950^oC глинистый сланец, содержащий, в процентах по массе: SiO₂ 50 54; Al₂O₃ 18 22; Fe₂O₃ 9 10; CaO 0,5 0,9; MgO 2 4; R₂O 1,5 2,5; TiO₂ 0,5 1,2; неидентифицированные остальное; при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.The specified technical problem is solved by the fact that in the binder composition, including Portland cement clinker, gypsum, an active mineral additive based on clay compounds and a superplasticizer, clay shale calcined at 550 950 ^o C containing percent is added as an active mineral additive based on clay compounds by weight: SiO ₂ 50 54; Al ₂ O ₃ 18 22; Fe ₂ O ₃ 9 10; CaO 0.5 0.9; MgO 2 4; R ₂ O 1.5 2.5; TiO ₂ 0.5 1.2; unidentified rest; in the following ratio of the components of the binder, wt.

портландцементный клинкер 30 85
гипс 1 8
указанный глинистый сланец 10 65
суперпластификатор 0,5. 3,5
Главным существенным отличительным признаком настоящего изобретения является химический состав обоженного глинистого сланца. Именно заданное соотношение между входящими в его состав окислами, которое можно получить только в определенном температурном интервале обжига и только из глинистого сланца определенного исходного химического состава, позволяет добиться осуществления изобретения. Проведенные нами исследования показали, что, по-видимому, особое значение имеет содержание в указанных концентрационных пределах окислов железа и титана, так как выход за эти пределы приводит к резкому ухудшению показателей вяжущего. При содержании в вяжущем портландцементного клинкера в количестве менее 30 мас. происходит существенное ухудшение показателей прочности и долговечности по сравнению с чистоклинкерным цементом, при содержании добавки обожженного глинистого сланца в количестве менее 10 мас. не так сильно сказываются преимущества заявленного химического состава обожженого глинистого сланца перед вяжущими с обоженными глинами. Содержание гипса в указанных выше пределах определяется необходимостью регулирования сроков схватывания вяжущего, содержание суперпластификатора определяется из необходимости снижения водовяжущего отношения при приготовлении растворных и бетонных смесей.Portland cement clinker 30 85
gypsum 1 8
specified shale 10 65
superplasticizer 0.5. 3,5
The main essential distinguishing feature of the present invention is the chemical composition of the calcined shale. It is the predetermined ratio between the oxides that make up it, which can be obtained only in a certain temperature range of firing and only from shale of a certain initial chemical composition, which makes it possible to achieve the invention. Our studies have shown that, apparently, the content of iron and titanium oxides in the indicated concentration limits is of particular importance, since going beyond these limits leads to a sharp deterioration in the parameters of the binder. When contained in a binder Portland cement clinker in an amount of less than 30 wt. there is a significant deterioration in strength and durability compared to pure clinker cement, when the content of the additive is calcined shale in an amount of less than 10 wt. not so much affected by the advantages of the claimed chemical composition of burnt shale over binders with burnt clays. The gypsum content in the above ranges is determined by the need to control the setting time of the binder, the content of superplasticizer is determined from the need to reduce the water-binder ratio in the preparation of mortar and concrete mixtures.

Сущность настоящего изобретения заключается в применении в качестве активной минеральной добавки обоженного глинистого сланца определенного химического состава. Исходные составляющие сланца (хлорит, монтмориллонит - гидрослюдистого смешаннослойного образования, полевые шпаты, гидроксид железа, кристаллический кварц) при обжиге в интервале 550 950^oC за счет химического разложения образуют стеклофазу, обладающую высокой пуццолановой активностью. Одной из особенностей химического состава стеклофазы обоженного глинистого сланца является наличие в ней значительного количества окисла железа (9 10 мас. ), что значительно превышает обычное содержание этого окисла в глинах. По-видимому, именно благодаря повышенному содержанию Fe₂O₃, обоженный сланец имеет значительную активность по связыванию гидрооксида кальция, выделяющегося в процессе гидратации портландцемента. Это приводит к образованию дополнительных порций гидросиликатов кальция, основных носителей прочности в структуре цементного камня. Причем, благодаря включению некоторого количестве ионов железа в структуру цементного камня повышается его прочность и плотность, что, в свою очередь, способствует повышению показателей долговечности бетонов на основе вяжущего по настоящему изобретению. Благодаря улучшенной структуре камня вяжущего появляется возможность введения в состав вяжущего до 65% обоженного глинистого сланца без ухудшения показателей долговечности получаемых бетонов и растворов по сравнению с контрольным составом.The essence of the present invention is the use as an active mineral additive of fired clay shale of a certain chemical composition. The initial components of the shale (chlorite, montmorillonite - hydromica mixed layer formation, feldspars, iron hydroxide, crystalline quartz) during firing in the range of 550 950 ^o C due to chemical decomposition form a glass phase with high pozzolanic activity. One of the features of the chemical composition of the glass phase of calcined shale is the presence in it of a significant amount of iron oxide (9 10 wt.), Which significantly exceeds the usual content of this oxide in clays. Apparently, it is precisely due to the increased content of Fe ₂ O ₃ that burned shale has significant activity in binding calcium hydroxide released during the hydration of Portland cement. This leads to the formation of additional portions of calcium hydrosilicates, the main carriers of strength in the structure of cement stone. Moreover, due to the inclusion of a certain amount of iron ions in the structure of the cement stone, its strength and density increase, which, in turn, helps to increase the durability of concrete based on the binder of the present invention. Due to the improved structure of the binder stone, it becomes possible to introduce up to 65% calcined shale into the binder without compromising the durability of the resulting concrete and mortar in comparison with the control composition.

В качестве суперпластификатора в составе вяжущего могут быть использованы: поликонденсат сульфированного нафталина с формальдегидом; поликонденсат сульфометилированного меламина с формальдегидом; их смеси с техническими лигносульфонатами или иные вещества, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 24211 92 к добавкам "суперпластификаторам". The following can be used as a superplasticizer in a binder: polycondensate of sulfonated naphthalene with formaldehyde; sulfomethylated melamine polycondensate with formaldehyde; mixtures thereof with technical lignosulfonates or other substances that meet the requirements of GOST 24211 92 for additives to “superplasticizers”.

Возможность осуществления изобретения может быть подтверждена и прояснена конкретными примерами. The possibility of carrying out the invention can be confirmed and clarified by specific examples.

Примеры реализации изобретения. Examples of the invention.

Готовилось несколько составов обоженного глинистого сланца по настоящему изобретению и тонкоизмельченной дегидратированной глины по прототипу. Химический состав образцов и температура обжига показаны в табл. 1. Обжиг производился в лабораторной муфельной печи. С применением образцов обожженных материалов были приготовлены составы вяжущего, как указано в табл. 2, причем все компоненты вяжущего по изобретению измельчались в сухом виде отдельно до величины удельной поверхности вяжущего 4000 см²/г, а затем смешивались между собой. В качестве других компонентов вяжущего использовались портландцементный клинкер Белгородского цемзавода и природный гипс, а также суперпластификаторы, указанные в табл. 2. Полученные образцы вяжущего использовались для приготовления бетонной смеси и бетона, как указано в табл. 3. Результаты испытаний этих образцов также приведены в табл. 3. Как следует из приведенных результатов, применение вяжущего по настоящему изобретению позволяет вводить до 65 мас. обожженного глинистого сланца без ухудшения показателей прочности и морозостойкости по сравнению с прототипом.Prepared several compositions of fired clay shale of the present invention and finely divided dehydrated clay of the prototype. The chemical composition of the samples and the firing temperature are shown in table. 1. Firing was carried out in a laboratory muffle furnace. Using samples of calcined materials, binder formulations were prepared as indicated in the table. 2, all components of the binder according to the invention were crushed in a dry form separately to a specific binder surface of 4000 cm ² / g, and then mixed together. The Portland cement clinker of the Belgorod cement plant and natural gypsum, as well as superplasticizers listed in Table 1, were used as other components of the binder. 2. The obtained binder samples were used for the preparation of concrete mix and concrete, as indicated in table. 3. The test results of these samples are also shown in table. 3. As follows from the above results, the use of the binder of the present invention allows you to enter up to 65 wt. calcined shale without compromising strength and frost resistance compared to the prototype.

Использование в качестве глинистого компонента обычных глин с содержанием оксида железа в пределах до 8 мас. не позволило получить в тех же условиях приготовления вяжущего и бетонных смесей показателей морозостойкости бетона, превышающих F 150 даже при минимальном (10 мас.) содержании глинистого компонента в вяжущем. Use as a clay component of conventional clays with an iron oxide content of up to 8 wt. it was not possible to obtain, under the same conditions for the preparation of a binder and concrete mixtures, indicators of frost resistance of concrete in excess of F 150 even with a minimum (10 wt.) content of the clay component in the binder.

Claims

A binder, including Portland cement clinker, gypsum, an active clay additive of a clay type and superplasticizer, characterized in that it contains clay shale calcined at 550 950 ^o C, of the following chemical composition, wt.

SiO ₂ 50 54
Al ₂ O ₃ 18 22
Fe ₂ O ₃ 9 10
CaO 0.5 0.9
MgO 2 4
R ₂ O 1.5 2.5
TiO ₂ 0.5 1.2
Mix the rest
the ratio of the components of the binder is, wt.

Portland cement clinker 30 85
Gypsum 1 8
Specified shale 10 65
Superplasticizer 0.5 3.5