RU2168472C2

RU2168472C2 - Uncalcined binder

Info

Publication number: RU2168472C2
Application number: RU99116092A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Худякова; К.К. Константинова; Б.Л. Нархинова; Е.В. Кислов; Д.Р. Дамдинова
Original assignee: Геологический институт СО РАН
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: preparation of Portland cements, mortars and concretes based thereon. SUBSTANCE: binder consisting of Portland cement clinker, dihydrate gypsum and additive comprises, as additive, magnesial rock/dunite, ratios of components being as follows, wt %: dunite, 30-40; dihydrate gypsum, 3; and Portland cement clinker, the balance. Additive promotes active participation of rock in process of hydration and hardening of cement. EFFECT: improved strength of binder by using additive based on Baikal rocks, e.g. dunites in combination wit Portland cement clinker minerals. 5 ex, 4 tbl

Description

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения портландцементов строительных растворов и бетонов на их основе. The invention relates to compositions of cements and can be used to obtain Portland cement mortars and concrete based on them.

Известно вяжущее, включающее, мас.%:
- портландцементный клинкер;
- двуводный гипс;
- доломит;
(см. автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технич.наук Истомина М.Ю. Улан-Удэ, 1998).Known astringent, including, wt.%:
- Portland cement clinker;
- two-water gypsum;
- dolomite;
(see abstract of dissertation for the degree of candidate of technical science Istomin M.U. Ulan-Ude, 1998).

По нашему мнению, указанная добавка потребует дополнительные затраты энергии на предусмотренный обжиг при указанной температуре. Предлагаемое вяжущее обладает более высокой прочностью, выше на 38% по сравнению с известной композицией. In our opinion, this additive will require additional energy for the specified firing at the specified temperature. The proposed binder has a higher strength, higher by 38% compared with the known composition.

Наиболее близким к заявленному изобретению, составом того же назначения, по совокупности признаков является вяжущее, содержащее, мас.%:
Портландцементный клинкер - 15-50
Хвосты Ковдорского ГОКа - 50-85
(см. Использование попутных продуктов обогащения железных руд в строительстве на Севере. Ленинград, Стройиздат. Ленинградское отделение, 1986, с, 80-97).Closest to the claimed invention, the composition of the same purpose, the totality of the signs is an astringent, containing, wt.%:
Portland cement clinker - 15-50
Tails of the Kovdorsky GOK - 50-85
(see. Use of by-products of iron ore beneficiation in construction in the North. Leningrad, Stroyizdat. Leningrad Branch, 1986, p. 80-97).

При использовании известного вещества, принятого за прототип, недостатком является то, что применение автоклавной обработки удорожает вяжущее. А при хранении на воздухе предлагаемое вяжущее обладает более высокой прочностью, выше на 20% по сравнению с прототипом. When using the known substance adopted for the prototype, the disadvantage is that the use of autoclave processing increases the cost of the binder. And when stored in air, the proposed binder has a higher strength, higher by 20% compared with the prototype.

Поэтому предлагается возможность создания магнезиальных портландцементов с использованием магнийсиликатной породы. Композиция " Дунит - портландцементный клинкер - двуводный гипс" позволяет заменить доломит в известном вяжущем. Therefore, the possibility of creating magnesian Portland cement using magnesium silicate rock is proposed. The composition "Dunite - Portland cement clinker - two-water gypsum" allows you to replace dolomite in a known binder.

Целью предлагаемого изобретения является повышение прочности вяжущего путем количественной оценки введения добавки на основе пород Забайкалья - дунитов в сочетании с минералами портландцементного клинкера, что приводит к активному участию породы в процессе гидратации и твердения цемента. The aim of the invention is to increase the strength of the binder by quantifying the introduction of additives based on rocks of Transbaikalia - dunites in combination with minerals of Portland cement clinker, which leads to the active participation of the rock in the process of hydration and hardening of cement.

Указанная цель изобретения достигается тем, что вещество известного состава, состоящее из портландцементного клинкера, двуводного гипса и добавки, в качестве добавки содержит магнезиальную породу - дунит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дунит - 30-40
Двуводный гипс - 3
Портландцементный клинкер - Остальное
Известен механизм процесса гидратации и твердения магнезиальных портландцементов на основе магнийсодержащих хвостов Ковдорского ГОКа, представляющих собой горную породу ультраосновного состава. Большую роль в формировании механических свойств материала играют параметры автоклавного синтеза. При гидротермальном синтезе в условиях автоклава силикаты магния и железистомагниевые силикаты изменяют свою структуру, в системе (Mg, Fe)₂ • SiO₄ -CaO-H₂O фиксируются новообразование различного кальциевомагниевого состава, обеспечивающие прочность автоклавному камню.The specified objective of the invention is achieved by the fact that a substance of known composition, consisting of Portland cement clinker, gypsum gypsum and additives, as an additive contains a magnesian rock - dunite, in the following ratio, wt.%:
Dunite - 30-40
Two-water gypsum - 3
Portland Cement Clinker - Else
The known mechanism of the process of hydration and hardening of magnesian Portland cement based on magnesium-containing tailings of the Kovdor GOK, which is a rock of ultrabasic composition. An important role in the formation of the mechanical properties of the material is played by the autoclave synthesis parameters. During hydrothermal synthesis under autoclave conditions, magnesium silicates and ferruginous magnesium silicates change their structure; in the (Mg, Fe) ₂ • SiO ₄ -CaO-H ₂ O system, neoplasms of various calcium-magnesium compositions are fixed, which ensure the strength of the autoclave.

Сравнение предлагаемого изобретения с другими известными из уровня техники техническими решениями позволило установить следующее. В известных технических решениях для получения вяжущего использовали различные минеральные добавки, полученные в результате термической обработки сырьевых материалов, входящих в состав известной смеси. Сырьевая смесь обжигалась в восстановительной среде в интервале температур 1250-1500^oC. Недостатком является высокая температура обжига, что приводит к большому потреблению электроэнергии.Comparison of the invention with other technical solutions known from the prior art made it possible to establish the following. In the known technical solutions for obtaining the binder used various mineral additives obtained by heat treatment of the raw materials that make up the known mixture. The raw material mixture was fired in a reducing medium in the temperature range 1250-1500 ^o C. The disadvantage is the high firing temperature, which leads to high energy consumption.

В заявленном вяжущем в качестве добавки использована магнийсиликатная порода в виде дунита, которая является природным сырьем Забайкалья. In the claimed binder, magnesium silicate rock in the form of dunite, which is a natural raw material of Transbaikalia, is used as an additive.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведение об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня заявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату - повышению прочности вяжущего, отличительных признаков в заявленном веществе, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of declared analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the perceived technical result - increased strength of the binder, distinctive features in the claimed substance set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, а именно взаимодействие дунита с минералами цементного клинкера обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение прочности. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art as determined by the applicant, namely, the interaction of dunite with cement clinker minerals provides a positive reaction to achieve technical The result is increased strength.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Дунит Йоко-Довыренского массива (Северное Прибайкалье), входящий в состав цемента является ультраосновной горной породой следующего химического состава, мас.% (см. табл. 1). В составе породы преобладает (85-98%) минерал оливин, магнийсодержащий силикат состава (Mg, Fe)₂SiO₄.Dunite of the Yoko-Dovyrensky massif (Northern Baikal region), which is part of cement, is an ultrabasic rock of the following chemical composition, wt.% (See Table 1). The rock composition is dominated (85-98%) by the olivine mineral, a magnesium-containing silicate of the composition (Mg, Fe) ₂ SiO ₄ .

Дунит слагает мощную зону (до 850 м мощности) протяженностью около 15 км. Запасы дунита составляют несколько миллиардов тонн. Качество дунита хорошее. Серпентинизация незначительная, петельчатая. Щелоче- и флюидосодержащие минералы отсутствуют. Этим дунит Йоко-Довыренского массива выгодно отличается от оливинита Ковдорского массива, содержащего кальцит, флюид- и щелочесодержащие минералы. В дуните Йоко-Довыренского массива исключительно низкие содержания щелочей, кальция, алюминия, а также потери при прокаливании. Dunit composes a powerful zone (up to 850 m thick) with a length of about 15 km. Dunite reserves amount to several billion tons. The quality of dunite is good. Serpentinization is slight, looped. Alkali and fluid-containing minerals are absent. This dunite of the Yoko-Dovyrensky massif compares favorably with olivinite of the Kovdorsky massif containing calcite, fluid and alkali-containing minerals. In the dunite of the Yoko-Dovyrensky massif, there are exceptionally low alkali, calcium, and aluminum contents, as well as losses on ignition.

Химический состав для сравнения приведен ниже, маc.%: (см. табл. 2). Дунит используют в различных отраслях народного хозяйства - для производства магнезиально-силикатных огнеупоров, для изготовления литейных форм, в доменном процессе в качестве шлакообразующего компонента, для получения магниевого удобрения (Петров В.П. Оливин как полезное ископаемое. Известие высших учебных заведений. Геология и разведка. 1992. N 1. с. 67-74). The chemical composition for comparison is given below, wt.%: (See table. 2). Dunite is used in various sectors of the national economy - for the production of magnesia-silicate refractories, for the manufacture of foundry molds, in the blast furnace process as a slag-forming component, for the production of magnesium fertilizer (Petrov V.P. Olivin as a mineral. News of higher educational institutions. Geology and intelligence. 1992. N 1.p. 67-74).

В данном техническом решении это сырье используется в качестве активного вяжущего компонента в количестве 30-40% впервые. In this technical solution, this raw material is used as an active binder component in an amount of 30-40% for the first time.

Для выбора оптимального состава были приготовлены вяжущие, отличающиеся друг от друга содержанием магнезиальной составляющей (дунита), мас.%: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50; клинкеры - 47, 52, 57, 62, 67, 72, 77 содержанием гипса до 3% от массы клинкера. Полученные смеси затворяли водой. Вяжущие предлагаемых составов готовили двумя способами: 1) хранение в течение 7 суток в лабораторных условиях; 2) хранение в течение 28 суток в нормальных условиях. To select the optimal composition, binders were prepared that differ from each other in the content of the magnesian component (dunite), wt.%: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50; clinkers - 47, 52, 57, 62, 67, 72, 77 with a gypsum content of up to 3% by weight of clinker. The resulting mixture was shut with water. The binders of the proposed compositions were prepared in two ways: 1) storage for 7 days in laboratory conditions; 2) storage for 28 days under normal conditions.

Технология получения малоцементного вяжущего предлагаемого состава такова. The technology for producing a low-cement binder of the proposed composition is as follows.

Портландцементный клинкер, гипс, дунит отдельно просеивают сквозь сито с сеткой N 005, соответствующей требованиям ГОСТа. Дунит измельчают с водой в лабораторной стержневой мельнице типа 75Т-ДрМ в течение 15 мин. Соединяют с клинкером и гипсом. В приготовленную таким образом смесь вводится мелкий заполнитель - кварц - полевошпатовый песок, после чего смесь тщательно перемешивают в течение 5 мин, а затем вводят необходимое количество воды. Образцы - кубы размером 2х2х2 (см) готовят из приготовленного цементного раствора состава 1:3, состоящего из 1 мас.ч. вяжущего и 3 мас.ч. песка, при водоцементном отношении не менее 0,4 и консистенции раствора, характеризуемой расплавом конуса на встряхивающем столике не менее 105 мм. Формование образцов проводят на виброуплотняющей установке. Образцы в формах хранят 24 часа во влажных условиях, после чего подвергают ТВО или хранят в течение 28 суток в лабораторных условиях. Portland cement clinker, gypsum, dunite are separately sifted through a sieve with a mesh N 005 that meets the requirements of GOST. Dunite is ground with water in a 75T-DrM laboratory core mill for 15 minutes. Combined with clinker and gypsum. Fine aggregate - quartz - feldspar sand is introduced into the mixture prepared in this way, after which the mixture is thoroughly mixed for 5 minutes, and then the required amount of water is introduced. Samples - cubes of size 2x2x2 (cm) are prepared from the prepared cement mortar with a composition of 1: 3, consisting of 1 wt.h. binder and 3 parts by weight sand, with a water-cement ratio of at least 0.4 and a solution consistency characterized by a cone melt on a shaking table of at least 105 mm. The samples are molded in a vibratory compactor. Samples in the forms are stored for 24 hours in wet conditions, after which they are subjected to TBO or stored for 28 days in laboratory conditions.

Пример 1
Дунит размалывают с клинкером и гипсом в стержневой мельнице типа 75Т-ДрМ в течение 15 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дунит - 20
Портландцементный клинкер - 77
Двуводный гипс - 3
Смесь перемешивают и затворяют водой, после чего оставляют 24 часа хранится в формах. Через 7 суток хранения в нормальных условиях образцы испытывают на прочность. Образцы имели прочность при сжатии 8,8 МПа, среднюю плотность 1431,4 кг/м³. Также образцы хранили 28 суток в нормальных условиях. При этом прочность при сжатии составила 8,9 МПа, средняя плотность не изменилась.Example 1
Dunite is ground with clinker and gypsum in a core mill of the type 75T-DrM for 15 minutes with the following ratio of components, wt.%:
Dunite - 20
Portland cement clinker - 77
Two-water gypsum - 3
The mixture is stirred and shut with water, after which it is left for 24 hours and is stored in molds. After 7 days of storage under normal conditions, the samples are tested for strength. The samples had a compressive strength of 8.8 MPa, an average density of 1431.4 kg / m ³ . Samples were also stored for 28 days under normal conditions. Moreover, the compressive strength was 8.9 MPa, the average density did not change.

Пример 2
Аналогичен примеру 1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Дунит - 25
Портландцементный клинкер - 72
Двуводный гипс - 3
Прочность при сжатии через 7 суток - 13,7 МПа, средняя плотность 1518,6 кг/м³. Прочность при сжатии через 28 суток - 14,3 МПа.Example 2
Similar to example 1 with the following content of components, wt.%:
Dunite - 25
Portland cement clinker - 72
Two-water gypsum - 3
The compressive strength after 7 days is 13.7 MPa, the average density is 1518.6 kg / m ³ . The compressive strength after 28 days is 14.3 MPa.

Пример 4
Проводится аналогично примеру 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дунит - 35
Портландцементный клинкер - 62
Двуводный гипс - 3
Прочность при сжатии через 7 суток 31,0 МПа, средняя плотность 2075,6 кг.Example 4
It is carried out analogously to example 1 in the following ratio of components, wt.%:
Dunite - 35
Portland cement clinker - 62
Two-water gypsum - 3
The compressive strength after 7 days is 31.0 MPa, the average density is 2075.6 kg.

Пример 5
Пример 5 аналогичен примеру 1 при следующем содержании основных компонентов, мас.% :
Дунит - 40
Портландцементный клинкер - 57
Двуводный гипс - 3
R_сж через 7 суток равна 33,3 МПа, Р_ср - 2247,5 кг/м³. R_сж после 28 суток равна 34,2 МПа.Example 5
Example 5 is similar to example 1 with the following content of the main components, wt.%:
Dunite - 40
Portland cement clinker - 57
Two-water gypsum - 3
R _cr after 7 days is 33.3 MPa, P _cf - 2247.5 kg / m ³ . R _cr after 28 days is 34.2 MPa.

Пример 6
Пример 6 проводится аналогично примеру 1 при содержании основных компонентов, мас.%:
Дунит - 45
Портландцементный клинкер - 52
Двуводный гипс - 3
Прочность при сжатии через 7 суток равна 29,8 МПа, средняя плотность - 2239,1 кг/м³, R_сж через 28 суток равна 30,2 МПа.Example 6
Example 6 is carried out analogously to example 1 with the content of the main components, wt.%:
Dunite - 45
Portland cement clinker - 52
Two-water gypsum - 3
The compressive strength after 7 days is 29.8 MPa, the average density is 2239.1 kg / m ³ , R _compress after 28 days is 30.2 MPa.

В результате исследований (см. табл. 3) удалось установить, что при введении в портландцемент добавки дунита 35-40% прочность повышается по сравнению с известными видами цементов обычного состава. As a result of the studies (see Table 3), it was possible to establish that when dunite is added to Portland cement with a 35-40% strength, the strength increases in comparison with the known types of cements of conventional composition.

Характеристики полученных вяжущих веществ приведены в табл. 3 (примеры 1-7). Для сравнения приведены показатели известного прототипа в табл. 4 (примеры 1-4 ). В табл. 3, 4 приняты следующие обозначения основных компонентов:
к - портландцементный клинкер
г - двуводный гипс
д - минеральная добавка - дунит
R_сж - предел прочности при сжатии.Characteristics of the obtained binders are given in table. 3 (examples 1-7). For comparison, the indicators of the known prototype are given in table. 4 (examples 1-4). In the table. 3, 4 the following designations of the main components are accepted:
K - Portland cement clinker
g - two-water gypsum
d - mineral additive - dunite
R _cr - ultimate compressive strength.

Анализ результатов табл. 3 показывает, что
- вяжущее, состоящее только из портландцементного клинкера и гипса, обладает пониженной прочностью по сравнению с предложенным вяжущим, имеющим в своем составе кроме указанных компонентов минеральную добавку - дунит;
- с увеличением расхода добавки дунита, начиная с 45%, снижением клинкера до 52% прочность вяжущего падает;
- все составы вяжущего набирают прочность за 7 суток хранения образцов в лабораторных условиях;
- прочность вяжущего повышается при хранении образцов в течение 28 суток в нормальных условиях, что позволяет сделать заключение с набора марочной прочности вяжущего в более поздние сроки твердения.Analysis of the results of the table. 3 shows that
- binder, consisting only of Portland cement clinker and gypsum, has a reduced strength compared to the proposed binder, which has in addition to these components a mineral additive - dunite;
- with an increase in the consumption of dunite additives, starting from 45%, a decrease in clinker to 52%, the strength of the binder decreases;
- all binder compositions gain strength in 7 days of storage of samples in laboratory conditions;
- the strength of the binder increases during storage of samples for 28 days under normal conditions, which allows us to conclude from a set of brand strength of the binder in the later stages of hardening.

Следовательно, оптимальными являются составы вяжущего содержащие, мас.%: дунит 35-40, клинкер 57-62, гипс - 3, обеспечивающие хорошие показатели прочности при нормальных условиях твердения. Therefore, the binder compositions are optimal containing, wt.%: Dunite 35-40, clinker 57-62, gypsum - 3, providing good strength under normal hardening conditions.

Таким образом, предлагаемое вяжущее имеет следующие преимущества по сравнению с известным:
- увеличены прочностные показатели на 20% по сравнению с прототипом;
- отсутствует автоклавная обработка, что приводит к снижению энергозатрат при производстве предлагаемого вяжущего;
- снижение энергозатрат за счет замены отходов обогащения руд на дунит, добыча которого предполагается открытым способом;
- стоимость используемой добавки в 18 раз дешевле, чем стоимость отходов обогащения руд.Thus, the proposed binder has the following advantages compared with the known:
- increased strength indicators by 20% compared with the prototype;
- there is no autoclave treatment, which leads to a reduction in energy consumption in the production of the proposed binder;
- reduction of energy costs due to the replacement of ore dressing waste with dunite, the extraction of which is supposed to be open-pit;
- the cost of the additive used is 18 times cheaper than the cost of ore dressing waste.

Известное вяжущее включает отходы обогащения руд стоимостью за 1 т 47,8 руб. в ценах 1981 г. Стоимость дунита составляет 3,29 руб. за тонну в ценах 1981 г. Known binder includes ore dressing waste for a cost of 1 ton 47.8 rubles. in 1981 prices. The cost of dunite is 3.29 rubles. per ton in 1981 prices

Предлагаемый состав отличается от прототипа тем, что не содержит отходы обогащения руд, а содержит нетрадиционное природное сырье - дунит. The proposed composition differs from the prototype in that it does not contain ore dressing wastes, but contains unconventional natural raw materials - dunite.

Предлагаемое вяжущее разработано в лаборатории химии и технологии минерального сырья БИП СО РАН при участии ГИН СО РАН и НИЛСТРОМ ВСТГУ. The proposed binder was developed in the Laboratory of Chemistry and Technology of Mineral Raw Materials, BIP SB RAS with the participation of the GIN SB RAS and NILSTROM VSSTU.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость". The foregoing indicates the feasibility of the invention to obtain the specified technical result, which allows us to conclude that the proposal meets the condition of "industrial applicability".

Claims

Annealed binder, consisting of Portland cement clinker, two-water gypsum, an additive, characterized in that it contains magnesium silicate rock as an additive - dunite in the following ratio of components, wt. %:
Dunite - 30 - 40
Two-water gypsum - 3
Portland Cement Clinker - Else