RU2211194C1 - Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof - Google Patents

Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2211194C1
RU2211194C1 RU2002107243/03A RU2002107243A RU2211194C1 RU 2211194 C1 RU2211194 C1 RU 2211194C1 RU 2002107243/03 A RU2002107243/03 A RU 2002107243/03A RU 2002107243 A RU2002107243 A RU 2002107243A RU 2211194 C1 RU2211194 C1 RU 2211194C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
expanding
clinker
portland cement
additive
Prior art date
Application number
RU2002107243/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.Э. Юдович (RU)
Б.Э. Юдович
Г.М. Кириллов (RU)
Г.М. Кириллов
Доменико ГРИЛЛИ (IT)
Доменико ГРИЛЛИ
Original Assignee
Юдович Борис Эммануилович
Кириллов Геннадий Михайлович
Доменико ГРИЛЛИ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юдович Борис Эммануилович, Кириллов Геннадий Михайлович, Доменико ГРИЛЛИ filed Critical Юдович Борис Эммануилович
Priority to RU2002107243/03A priority Critical patent/RU2211194C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2211194C1 publication Critical patent/RU2211194C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: manufacture of building materials. SUBSTANCE: expansion additive based on sulfoaluminate clinker for manufacturing nonshrinking or expanding products when added to hydraulic binder, which includes Portland cement and/or its modifications, comprise sulfoaluminate clinker composed, wt %: low- basicity calcium sulfoaluminate (4CaO•3Al2O3•SO3) 20-65, high-basicity calcium sulfoaluminate ((7-9)CaO•(2-3)Al2O3•2SO3,) 15-30, dicalcium silicate ((1,8-2,3)CaO•SiO2,) 0.5-55, monocalcium aluminate (CaO•Al2O3) 1-5, anhydrite (CaSO4) 3- 10, impurities - the balance, and, additionally, an aromatic acid (in particular benzoic acid) and a higher fatty acid at weight ratio of indicated mineral components to acids 1:(0.025-0.3):(0.02-0.2), said higher fatty acid being stearic or oleic acid, or their 1:5 to 5:1 w/w mixtures. Acids contained in expansion additive are present in the form of solutions and/or melts. Hydraulic binder is a product of joint or separate (with subsequent mixing) grinding of matrix ingredient and expansion additive, said matrix ingredient being Portland cement and/or its modifications: products of joint or separate (with subsequent mixing) grinding of Portland cement clinker and gypsum stone at weight ratio of Portland cement clinker, gypsum stone (calculated for SO3), and expansion additive 100:(2-4):(1.5-4). Sulfoaluminate clinker is fired to caking in reductive medium at temperatures allowing content of tricalcium silicate 0.5-3% and that of content of mayenite and/or its halide or sulfide derivatives 0.3-2%. Grinding is effected until homogenously distributed waterproofed film of expanding phase appears on binder particles when being formed. The latter is determined with regard to criterion of formation after tempering of resulting product with water of globular mass homogenized by stirring and rubbing to give homogenous binding water suspension. EFFECT: reduced expenses and increased storage time of nonshrinking or expanding Portland cement. 7 cl, 3 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к расширяющим добавкам для изготовления безусадочных или расширяющихся продуктов, гидравлическим вяжущим с этими добавками и способам изготовления таких вяжущих. The invention relates to the field of building materials and products, namely, expanding additives for the manufacture of non-shrinking or expanding products, hydraulic binders with these additives and methods for manufacturing such binders.

Известно, что цементо-водные системы по окончании схватывания, когда в них можно закрепить метки и измерять расстояние между ними, начинают проявлять усадку, то есть объемную деформацию сокращения геометрических размеров, длящуюся до пяти лет. Больше половины из нее приходится на первые сутки, и если метки вставляют позже, то вообще не отмечают указанной первой части усадочных деформаций. Характерные величины линейной усадки, то есть усадки, измеряемой в одном из направлений, обычно вдоль длинной стороны образца твердеющей цементо-водные системы, в течение 24 ч - 1 года у отдельных видов затвердевших цементо-водных систем следующие: для цементного камня (затвердевшего цементного теста нормальной густоты) - до 3 мм/м, для строительного раствора, включающего цемент, песок и воду: с соотношением ингредиентов (по массе) цемент : песок : вода 1:1: 0,35 - до 1,5 мм/м, с соотношением 1 : 3 : 0,4 - до 0,8 мм/м, а для бетона с соотношением ингредиентов (по массе) цемент : песок : щебень : вода 1:2:4: 0,5 - до 0,15 мм/м. Далее усадка обычно затухает во времени по логарифмическому закону. В. Михаэлис в 1905 г. объяснил усадку и ее затухание тем, что основные гидраты портландцемента и/или его разновидностей - гели - претерпевают уменьшение объема при синерезисе, то есть отделении воды, в том числе в результате ее отсоса как под влиянием капиллярных сил с последующим испарением (физическая усадка), так и под влиянием химических реакций связывания воды остатками частиц исходного цемента (химическая усадка). Указанные наименования видов усадки ввел Т. Пауэрс в 1947 г. Ч. Пикетт в 1957 г. оценил в указанных цементо-водных системах при различных водоцементных отношениях (В/Ц) доли каждого из видов усадки и пришел к выводу, что при В/Ц 0,3 - 0,6 они одного порядка величины, причем при меньших значениях В/Ц доля химической усадки - более 60% общей величины объемных деформаций, а при больших - доля физической усадки более 60% указанной общей величины [1]. Усадочные швы в бетонных конструкциях и сооружениях, предложенные во Франции в 1871 г. для предотвращения трещинообразования от усадочных деформаций, осложняют бетонные работы, поэтому цемент, не подверженный усадке, например, расширяющийся или, по крайней мере, безусадочный целесообразно изготавливать и применять хотя бы для упрощения бетонирования конструкций и сооружений. Очевидно также, что эти цементы предотвращают трещинообразование от деформаций, связанных с физической и химической усадкой цементного камня как на поверхности изделий и конструкций, строительных растворов, фасадных слоев и штукатурок, так и внутри бетонных и железобетонных массивов, обеспечивая тем самым монолитность строительных изделий, деталей и сооружений и затрудняя доступ воды и других агрессивных агентов внешней среды в объемы указанных материалов, называемых также цементными продуктами. Кроме того, безусадочные и расширяющиеся цементы обеспечивают защиту от контакта указанных агентов со стальной арматурой в армоцементе и железобетоне, перекрывая каналы и поры на границах арматуры и бетона. Все это повышает долговечность строительных и архитектурных элементов из цементного камня и строительных растворов, а также армоцементных, бетонных и железобетонных изделий, конструкций, зданий и сооружений. It is known that cement-water systems at the end of setting, when marks can be fixed in them and the distance between them is measured, begin to shrink, that is, volumetric deformation of a reduction in geometric dimensions, lasting up to five years. More than half of it falls on the first day, and if the labels are inserted later, then the first part of shrinkage deformations is not noted at all. The characteristic values of linear shrinkage, that is, shrinkage, measured in one of the directions, usually along the long side of the sample hardening cement-water systems, for 24 h - 1 year for certain types of hardened cement-water systems are as follows: for cement stone (hardened cement test normal density) - up to 3 mm / m, for mortar, including cement, sand and water: with the ratio of ingredients (by weight) cement: sand: water 1: 1: 0.35 - up to 1.5 mm / m, s with a ratio of 1: 3: 0.4 - up to 0.8 mm / m, and for concrete with a ratio of ingredients (according to mass) cement: sand: crushed stone: water 1: 2: 4: 0.5 - up to 0.15 mm / m. Further, shrinkage usually fades in time according to the logarithmic law. V. Michaelis in 1905 explained the shrinkage and its attenuation by the fact that the main hydrates of Portland cement and / or its varieties - gels - undergo a decrease in volume during syneresis, i.e. water separation, including as a result of its suction as under the influence of capillary forces with subsequent evaporation (physical shrinkage), and under the influence of chemical reactions of water binding by residues of particles of the original cement (chemical shrinkage). These names of types of shrinkage were introduced by T. Powers in 1947. C. Pickett in 1957 estimated the proportions of each type of shrinkage in these cement-water systems at different water-cement ratios (W / C) and came to the conclusion that with W / C 0.3 - 0.6 they are of the same order of magnitude, moreover, at lower H / C values, the share of chemical shrinkage is more than 60% of the total volumetric strain, and for large values, the share of physical shrinkage is more than 60% of the indicated total value [1]. Shrink joints in concrete structures and constructions, proposed in France in 1871 to prevent crack formation from shrinkage deformations, complicate concrete work, therefore cement that is not subject to shrinkage, for example, expanding or at least non-shrink, it is advisable to produce and apply at least for simplification of concreting of structures and structures. It is also obvious that these cements prevent cracking from deformations associated with the physical and chemical shrinkage of cement stone both on the surface of products and structures, mortars, facade layers and plasters, and inside concrete and reinforced concrete masses, thereby ensuring the solidity of building products, parts and structures and making it difficult for water and other aggressive environmental agents to access the volumes of these materials, also called cement products. In addition, non-shrinking and expanding cements provide protection against contact of these agents with steel reinforcement in reinforced cement and reinforced concrete, blocking channels and pores at the boundaries of reinforcement and concrete. All this increases the durability of building and architectural elements made of cement stone and mortar, as well as reinforced cement, concrete and reinforced concrete products, structures, buildings and structures.

Безусадочные и расширяющиеся цементы известны в течение уже около 180 лет, принимая во внимание, что цемент, предложенный Е. Челиевым в России в 1821 г., судя по его химическому составу, опубликованному по данным химического анализа, выполненного по сохранившемуся образцу И. Б. Значко - Яворским в 1955 г., был сульфоалюминатным и, следовательно, расширяющимся. Первым в XX веке сведения о расширяющемся при его твердении после затворения водой цементе, полученном путем введения в портландцемент расширяющей добавки, с данными по результатам измерений деформаций начального расширения продукта твердения и его последующей усадки опубликовал А. Лоссье (Франция [2]). В качестве безусадочных или расширяющихся продуктов им были получены твердеющая цементо-водная суспензия, или цементный камень, твердеющий строительный раствор, полученный затворением смеси расширяющегося цемента и песка водой, и бетон, полученный затворением водой смеси указанного цемента, мелкого заполнителя (песка) и крупного заполнителя (щебня или гравия). При этом их начальное расширение было или примерно равно последующей усадке (для безусадочных продуктов) или превышало последующую усадку (для расширяющихся продуктов). Non-shrinking and expanding cements have been known for about 180 years, taking into account that the cement proposed by E. Cheliev in Russia in 1821, judging by its chemical composition, published according to the chemical analysis performed on the preserved sample of I. B. Znachko - Yavorsky in 1955, was sulfoaluminate and, therefore, expanding. The first in the XX century information on cement expanding during hardening after water hardening, obtained by introducing an expanding additive into Portland cement, with data on the results of measurements of strains of the initial expansion of the hardening product and its subsequent shrinkage, was published by A. Lossier (France [2]). As non-shrinking or expanding products, he obtained a hardening cement-water slurry, or cement stone, a hardening mortar obtained by mixing a mixture of expanding cement and sand with water, and concrete obtained by mixing a mixture of the specified cement, fine aggregate (sand) and coarse aggregate with water (crushed stone or gravel). Moreover, their initial expansion was either approximately equal to the subsequent shrinkage (for non-shrinking products) or exceeded the subsequent shrinkage (for expanding products).

В качестве расширяющей добавки в составе расширяющегося или безусадочного цемента Лоссье взял сульфоалюминатный клинкер (САК), полученный обжигом до спекания при 1250-1300oС смеси известняка, боксита и гипса. Минералогический состав такого клинкера, как показала Т.А. Рагозина спустя 20 лет [3], включал открытую ею новую составляющую - сульфоалюминат кальция с валовой формулой 4 СаО • 3Аl2О3 • SO3 (сокращенно -

Figure 00000001
; здесь и ниже используется сокращенная нотация химических соединений и минералов, общепринятая в химии цемента: Аl2O3 = А, СаО = С, Fе2О3 = F, H2O = Н, К2О = К, MgO = M, Na2O = N, SiO2 = S,
Figure 00000002
, сульфидная сера
Figure 00000003
). Кроме того, в составе этого клинкера она установила присутствие следующих составляющих: двухкальциевого силиката (белита, C2S), майенита (C12A7) и ангидрита
Figure 00000004
. Однако Лоссье не сумел обнаружить указанного сульфоалюмината кальция, поэтому регулировать минералогический состав такой добавки для него было затруднительно. Исходя из этого, и содержание указанной добавки на основе САК в составе безусадочного цемента Лоссье принимал с запасом: в указанной публикации содержание добавки в цементе для расширяющихся продуктов составляло подчас 20% и более, а для безусадочных - не менее 16%. В этой связи полученный Лоссье расширяющийся цемент не мог быть назван расширяющимся портландцементом, поскольку по определению, содержащемуся во французском стандарте того времени, портландцемент мог включать не более 5 мас.% посторонних добавок.As an expanding additive in an expanding or non-shrink cement, Lossier took a sulfoaluminate clinker (NAO), obtained by firing before sintering at 1250-1300 o With a mixture of limestone, bauxite and gypsum. The mineralogical composition of such a clinker, as T.A. showed Ragosin, 20 years later [3], included a new component discovered by her - calcium sulfoaluminate with a gross formula of 4 CaO • 3Al 2 O 3 • SO 3 (abbreviated as
Figure 00000001
; here and below, the abbreviated notation of chemical compounds and minerals is generally accepted in cement chemistry: Al 2 O 3 = A, CaO = C, Fe 2 O 3 = F, H 2 O = H, K 2 O = K, MgO = M, Na 2 O = N, SiO 2 = S,
Figure 00000002
sulfide sulfur
Figure 00000003
) In addition, as part of this clinker, she established the presence of the following components: dicalcium silicate (belite, C 2 S), mayenite (C 12 A 7 ) and anhydrite
Figure 00000004
. However, Lossier failed to detect the specified calcium sulfoaluminate, therefore, it was difficult for him to regulate the mineralogical composition of such an additive. Proceeding from this, Lossier accepted the content of the indicated additive based on NAO in the composition of non-shrinkable cement: in this publication, the content of the additive in cement for expanding products was sometimes 20% or more, and for non-shrinkable materials - at least 16%. In this regard, Lossier obtained expanding cement could not be called expanding Portland cement, since, by definition, contained in the French standard of that time, Portland cement could include no more than 5 wt.% Foreign additives.

По мнению Лоссье, механизм расширения цемента с добавкой на основе САК сводится к кристаллизации повышенного по сравнению с обычным портландцементом содержания в гидратных новообразованиях фазы гидросульфоалюмината кальция, называемой в настоящее время кратко "трисульфат"; эта фаза была открыта в составе гидратных новообразований обычного портландцемента Эженом Канддо (1892); подробнее она охарактеризована ниже. Ее расширяющий эффект обусловлен обрастанием быстро растущими многоводными кристаллами трисульфата основного кальциево-силикатного гелеобразно-кристаллического сростка твердеющей цементо-водной системы, прочность которого обеспечивает все основные технические свойства цемента. Этот сросток в современной научно-технической литературе называют матрицей указанной системы, а портландцементный клинкерный ингредиент, обеспечивающий прочность, называют матричным [4]. Для синтеза указанного трисульфата из

Figure 00000005
в воде затворения цементных продуктов требуются дополнительные количества сульфата кальция, а также оксид кальция. Источниками первого является ангидрит - один из компонентов САК - в дополнение к гипсовому ингредиенту цемента. Оксид кальция в гидратной форме получается в результате гидролиза алита (C3S) - основного минерала портландцементного клинкера - водой затворения. Таким образом, для расширения требуется взаимодействие в жидкой фазе указанных цементных продуктов четырех реагентов: сульфоалюмината кальция и ангидрита из САК добавки, алита из клинкерного и сульфата кальция - из гипсового компонентов матричного ингредиента вяжущего. Встреча четырех реагентов в жидкой фазе цементо-водной системы, протекающая с диффузионным контролем и в этой связи зависящая от содержания воды в твердеющей цементо-водной системе, предопределяет медленное течение синтеза трисульфата и соответственно - процесса расширения цементных продуктов и его зависимость от В/Ц. Это вносит неопределенность, как в процесс расширения, так и в потребное содержание расширяющей добавки в составе расширяющего или безусадочного цемента. Однако главную долю неопределенности в процесс расширения цемента, включающего добавку САК, по Лоссье, вносит минерал майенит (C12A7), входящий в состав добавки Лоссье. Причина состоит в том, что этот минерал при гидратации проходит стадию разделения продуктов по основности, образуя, с одной стороны, низкоосновный, т.е. вовсе не содержащий кальция гидрогель глинозема состава Аl(ОН)3 и/или АlO(ОН), в целом сокращенно обозначаемый А - Н (G) (здесь тире - знак неполноты определенности состава фазы, G - гель), а с другой стороны - наиболее высокоосновную из известных гидроалюминатных фаз - фазу Ассарсона - Флинта - Уэллса (АФУ) С6АН36 (состав этой фазы приводится по данным работ 90-х годов - Пюльмана с сотр. ). Вследствие активного поглощения указанными продуктами гидратации С12А7 соответственно воды - гидрогелем А-Н (G), а также воды и извести в гидратной форме - фазой С6АН36, в жидкой фазе цементо-водной системы возникает недостаток свободной воды и извести, препятствующий образованию упомянутого трисульфата и расширению цемента. Фаза АФУ существует примерно около 20 минут, после чего распадается на гидроалюминаты кальция С4АН13-19 и C2AH8-11 а также гидроксид кальция СН. Эти гидроалюминаты дополнительно осушают указанную систему при своем образовании. Кроме того, указанный гидрогель препятствует упомянутой выше реакции между тремя реагентами, существенно усиливая диффузионный барьер. Поэтому в присутствии C12A7, особенно при его максимальном количестве (по оценке А. Лафюма, анализировавшего в 1938 г. САК, изготовленный Лоссье, содержание этого минерала в нем колебалось в пределах от 5 до 15 мас. %), эффективность добавки Лоссье как расширяющего агента существенно снижалась, и именно в присутствии майенита требовалось вводить добавку Лоссье в расширяющийся цемент в повышенном количестве, а именно до 20% и более. Этим обусловлена неопределенность свойств расширяющейся добавки Лоссье: заранее, то есть до завершения обжига до спекания данной партии сульфоалюминатного клинкера по Лоссье, было невозможно предсказать расширяющиеся свойства его добавки, а после обжига требовалось непременно производить прикидочные эксперименты, чтобы определить, в каких количествах эту добавку следует вводить в цемент для достижения безусадочности, а в каких - для достижения расширения цемента. Тем не менее, в любых случаях уже отсутствие усадки и тем более - расширение цемента повышает степень водонепроницаемости цементных продуктов.According to Lossier, the mechanism of expansion of cement with an additive based on NAO is reduced to crystallization of a higher content of calcium hydrosulfoaluminate phase in hydrated neoplasms compared to conventional Portland cement, now briefly called "trisulfate"; this phase was discovered as part of hydrated neoplasms of ordinary Portland cement by Eugene Canddo (1892); it is described in more detail below. Its expanding effect is due to the fouling of rapidly growing high-water trisulfate crystals of the main calcium-silicate gel-crystalline aggregate of the hardening cement-water system, the strength of which provides all the basic technical properties of cement. This intergrowth is called the matrix of this system in modern scientific and technical literature, and the Portland cement clinker ingredient, which provides strength, is called matrix [4]. For the synthesis of the specified trisulfate from
Figure 00000005
in the mixing water of cement products, additional quantities of calcium sulfate are required, as well as calcium oxide. The sources of the first are anhydrite - one of the components of NAO - in addition to the gypsum cement ingredient. Calcium oxide in hydrated form is obtained by hydrolysis of alite (C 3 S) - the main mineral of Portland cement clinker - mixing water. Thus, expansion requires the interaction in the liquid phase of these cement products of four reagents: calcium sulfoaluminate and anhydrite from NAO additives, alite from clinker and calcium sulfate from gypsum components of the matrix binder ingredient. The meeting of the four reagents in the liquid phase of the cement-water system, proceeding with diffusion control and in this regard, depending on the water content in the hardening cement-water system, determines the slow synthesis of trisulfate and, accordingly, the process of expansion of cement products and its dependence on W / C. This introduces uncertainty both in the expansion process and in the required content of the expanding additive as part of the expanding or non-shrinking cement. However, according to Lossier, the main share of uncertainty in the process of cement expansion, including the addition of NAO, is made by the mineral mayenite (C 12 A 7 ), which is part of the Lossier additive. The reason is that, when hydrated, this mineral goes through the stage of separation of products in basicity, forming, on the one hand, low basic, i.e. completely calcium-free alumina hydrogel of composition Al (OH) 3 and / or AlO (OH), generally abbreviated as A - H (G) (here the dash is the sign of incompleteness of the phase composition, G is the gel), and on the other hand, the most basic of the known hydroaluminate phases is the Assarson – Flint – Wells phase (AFU) C 6 AN 36 (the composition of this phase is given according to the data of the 90s — Pulman et al.). Due to the active absorption by these hydration products of C 12 A 7, respectively, of water — AH (hydrogel) hydrogel, as well as water and lime in hydrated form — by phase C 6 AN 36 , a lack of free water and lime occurs in the liquid phase of the cement-water system, preventing the formation of said trisulfate and expansion of cement. The AFU phase exists for about 20 minutes, after which it decomposes into calcium hydroaluminates C 4 AN 13-19 and C 2 AH 8-11 as well as calcium hydroxide CH. These hydroaluminates additionally drain the specified system during its formation. In addition, this hydrogel inhibits the aforementioned reaction between the three reagents, significantly enhancing the diffusion barrier. Therefore, in the presence of C 12 A 7 , especially at its maximum amount (according to A. Lafum, who analyzed Lossier in 1938, the content of this mineral in it ranged from 5 to 15 wt.%), The effectiveness of the Lossier additive as an expanding agent, it was significantly reduced, and it was in the presence of Mayenite that Lossier's additive was required to be added to expanding cement in an increased amount, namely, up to 20% or more. This determines the uncertainty of the properties of the expanding Lossier additive: in advance, that is, until the firing was completed before sintering the batch of sulfoaluminate clinker according to Lossier, it was impossible to predict the expanding properties of its additive, and after firing, it was imperative to carry out preliminary experiments to determine in what quantities this additive should be injected into cement to achieve non-shrinkage, and in which to achieve expansion of cement. Nevertheless, in any cases, the absence of shrinkage, and even more so, the expansion of cement increases the degree of waterproofing of cement products.

Известна также расширяющая добавка для изготовления безусадочных или расширяющихся продуктов при ее введении в цемент, включающая природный минерал алунит [КАl3(SO4)2(ОН)6] . При ее добавлении в состав цемента в обожженном состоянии (после дегидратации при 650 - 800oС) в количестве 10% портландцемент приобретает свойство лишь более быстрого твердения в ранние сроки, но не становится безусадочным (Ф.Л. Глекель, 1947), и лишь при введении его в количестве 18-20% (К. С. Кутателадзе, Т. Г. Габададзе, 1955 - 1965) можно получить безусадочные и расширяющиеся цементы [5]. В последнем обзоре по алуниту показано, что при повышенном содержании гипса и введении в цементе высокоалюминатной пуццоланы возможно расширение цемента, включающего необожженный алунит [6]. Недостаток добавки обожженного алунита также связан с неопределенностью состава продукта обжига, поскольку скорость взаимодействия в воде затворения добавки обожженного алунита с продуктами гидратации алюминатов кальция из матричного ингредиента расширяющегося или безусадочного цемента и с гидролитической известью из алита, также содержащегося в указанном цементе, и, наконец, с гипсовым камнем из состава указанного цемента, существенно зависит от остаточного содержания гидроксилов и калия в продукте обжига алунитовой руды. Недостаток добавки из необожженного алунита заключается в непостоянстве состава, скорости и полноты выхода анионов, включающих Аl2О3, в жидкую фазу цементо-водной суспензии. Причем известно, в частности, что лишь около половины вышедшего в указанную жидкую фазу Аl2О3 попадает в расширяющую фазу, а именно - в трисульфат, а остальная его часть - в алюмосиликатные гели, не влияющие на расширение. В обоих случаях так стабилизировать процесс изготовления алунитовых расширяющихся цементов, чтобы изменения содержания алунита в исходной руде, количества примесей в минерале алуните и гранулометрического состава подаваемого на обжиг продукта дробления исходной руды или продукта помола сырого алунита в цементе, а также колебания режима обжига и растворимости продуктов обжига и помола не сказывались на постоянстве состава и свойств готовой добавки, не удавалось.Also known is an expanding additive for the manufacture of non-shrinking or expanding products when it is introduced into cement, including the natural mineral alunite [KAL 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 ]. When it is added to the cement composition in a calcined state (after dehydration at 650 - 800 o С) in an amount of 10%, Portland cement acquires the property of only faster hardening in the early stages, but does not become non-shrink (F.L. Gleckel, 1947), and only with its introduction in the amount of 18-20% (KS Kutateladze, T. G. Gabadadze, 1955 - 1965), non-shrinking and expanding cements can be obtained [5]. In a recent review on alunite, it was shown that with an increased gypsum content and the introduction of high aluminate pozzolana in cement, it is possible to expand cement, including unburnt alunite [6]. The disadvantage of the calcined alunite additive is also associated with the uncertainty of the composition of the calcined product, since the rate of interaction in the mixing water of the calcined alunite additive with the products of hydration of calcium aluminates from the matrix ingredient of expanding or non-shrink cement and with hydrolytic lime from alite, also contained in the specified cement, and, finally, with gypsum stone from the composition of the specified cement, significantly depends on the residual content of hydroxyls and potassium in the product of firing alunite ore. The disadvantage of the additive from unfired alunite is the inconsistency in the composition, speed and completeness of the release of anions, including Al 2 O 3 , into the liquid phase of the cement-water suspension. Moreover, it is known, in particular, that only about half of Al 2 O 3 entering the indicated liquid phase enters the expanding phase, namely, trisulfate, and the rest of it - into aluminosilicate gels that do not affect the expansion. In both cases, stabilize the manufacturing process of expanding alunite cements so that changes in the alunite content in the initial ore, the amount of impurities in the alunite mineral and the particle size distribution of the crushed product of the crushing of the original ore or the grinding product of raw alunite in cement, as well as fluctuations in the firing regime and solubility of products roasting and grinding did not affect the constancy of the composition and properties of the finished additive, failed.

Известна также расширяющая добавка на основе сульфоалюминатного клинкера для изготовления безусадочных или расширяющихся продуктов при ее введении в портландцемент и/или его разновидности, включающая компоненты: минеральный: сульфоалюминатный клинкер (САК); органические: ароматическую кислоту и высшую жирную кислоту, вводимая в портландцемент и/или его разновидности в количестве 5 - 10% массы клинкерного ингредиента [7]. Физико-химический смысл этого технического решения заключается в поверхностном растворении сульфоалюмината кальция из САК при контакте последнего с ароматической кислотой с образованием комплексного соединения иона алюминия с ароматическими углеводородными радикалами, которое может существовать только в условиях защиты от атмосферной влаги и углекислоты благодаря изоляции, создаваемой присутствием высшей жирной кислоты. Однако эта идея, кстати говоря, отсутствующая в работе [7], являющейся чисто эмпирической, полностью обесценивается неконтролируемым присутствием в составе САК майенита (C12A7) или его галогенидных производных. Последние в связи со сверхстехиометрическим избытком в них кислородных атомов (более 0,3%) и соответственно исключительно высокой концентрацией катионных вакансий (А. Дживартнам, 1971) хемосорбируют в ходе протекающих быстрых побочных реакций указанные органические компоненты расширяющей добавки практически до начала их взаимодействия с сульфоалюминатом кальция. Поэтому указанная добавка, как показали поверочные опыты авторов настоящего изобретения, действует лишь при содержании 5 - 15% массы клинкерного ингредиента, причем только максимальное содержание ее в указанном диапазоне обеспечивает безусадочность или расширение получаемого продукта независимо от качества матричного ингредиента вяжущего.Also known is an expanding additive based on sulfoaluminate clinker for the manufacture of non-shrinking or expanding products when it is introduced into Portland cement and / or its varieties, including components: mineral: sulfoaluminate clinker (SAK); organic: aromatic acid and higher fatty acid introduced into Portland cement and / or its varieties in an amount of 5 to 10% by weight of the clinker ingredient [7]. The physicochemical meaning of this technical solution consists in the surface dissolution of calcium sulfoaluminate from NAO upon contact of the latter with aromatic acid to form a complex compound of an aluminum ion with aromatic hydrocarbon radicals, which can exist only under conditions of protection against atmospheric moisture and carbon dioxide due to the insulation created by the presence of higher fatty acid. However, this idea, by the way, which is absent in the work [7], which is purely empirical, is completely depreciated by the uncontrolled presence of mayenite (C 12 A 7 ) or its halide derivatives in the NAO composition. The latter, due to the superstoichiometric excess of oxygen atoms in them (more than 0.3%) and correspondingly extremely high concentration of cationic vacancies (A. Jivartnam, 1971) chemisorb these organic components of the expanding additive chemically during the course of quick side reactions almost before their interaction with sulfoaluminate calcium. Therefore, this additive, as shown by testing experiments of the authors of the present invention, is effective only when the content of 5-15% of the mass of the clinker ingredient is present, and only its maximum content in the specified range ensures shrinkage or expansion of the resulting product, regardless of the quality of the matrix binder ingredient.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению в части расширяющей добавки (прототипом) является расширяющая добавка, содержащая компоненты: минеральный: сульфоалюминат кальция

Figure 00000006
, или моноалюминат кальция СА, или майенит С12А7 или смесь указанных минералов с мольным отношением С/А менее 3, а также сульфат кальция в форме ангидрита
Figure 00000007
или гипса С•SH2 в массовом соотношении с сульфоалюминатом или алюминатом кальция примерно 1 : 2, и органический - любой жидкий гидрофобизатор, в том числе жирную кислоту [31], при следующем содержании указанных компонентов (% от веса цемента):
Минеральный компонент - 9 - 60
Органический компонент - 0,1- 1,5
Высокое содержание этой добавки в смеси с вяжущим, повышенная стоимость готового расширяющего или безусадочного цемента и пониженное количество последнего из единицы массы указанной добавки - главные недостатки технического решения согласно прототипу.Closest to the proposed invention in terms of expanding additives (prototype) is an expanding additive containing components: mineral: calcium sulfoaluminate
Figure 00000006
or calcium monoaluminate CA, or C 12 A 7 mayenite or a mixture of these minerals with a C / A molar ratio of less than 3, as well as calcium sulfate in the form of anhydrite
Figure 00000007
or gypsum С • SH 2 in a mass ratio with calcium sulfoaluminate or calcium aluminate is about 1: 2, and organic - any liquid hydrophobizing agent, including fatty acid [31], with the following content of these components (% by weight of cement):
Mineral component - 9 - 60
Organic component - 0.1-1.5
The high content of this additive in a mixture with a binder, the increased cost of the finished expansion or non-shrink cement, and the reduced amount of the last of a unit mass of the specified additive are the main disadvantages of the technical solution according to the prototype.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков путем достижения существенно меньшего содержания расширяющей добавки в готовом продукте по сравнению с прототипом путем освобождения расширяющей фазы в твердеющей водно-вяжущей системе от побочных реакций. The objective of the invention is to remedy these disadvantages by achieving a significantly lower content of expanding additives in the finished product compared to the prototype by releasing the expanding phase in the hardening water-binder system from side reactions.

Указанная задача решается тем, что в расширяющей добавке на основе сульфоалюминатного клинкера для изготовления безусадочных или расширяющихся продуктов при их введении в гидравлическое вяжущее, включающее матричный ингредиент, а именно портландцемент и/или его разновидности, минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, органический компонент содержит жирную кислоту - высшую и дополнительно - ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер имеет состав, мас.%:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20 - 65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15 - 30
Двухкальциевый силикат - 0,5- 55
Монокальциевый алюминат - 1-5
Ангидрит - 3 - 10
Примеси - Остальное
при мас. соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компонента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1: 0,025 - 0,3: 0,02 - 0,2 соответственно.
This problem is solved in that in an expanding additive based on sulfoaluminate clinker for the manufacture of non-shrinking or expanding products when introduced into a hydraulic binder, including a matrix ingredient, namely Portland cement and / or its varieties, mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, organic the component contains fatty acid - higher and additionally - aromatic acid, and sulfoaluminate clinker has a composition, wt.%:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20 - 65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15 - 30
Dicalcium silicate - 0.5-55
Monocalcium Aluminate - 1-5
Anhydrite - 3 - 10
Impurities - Rest
at wt. the ratio in the composition of the specified additives specified mineral component and each of these acids in the organic component 1: 0.025 - 0.3: 0.02 - 0.2, respectively.

В варианте изобретения расширяющая добавка в качестве низкоосновного сульфоалюмината кальция включает минерал с валовой формулой 4СаО•3Аl2O3•SO3, в качестве высокоосновного сульфоалюмината кальция - минерал с валовой формулой (7-9)СаО•(2-3)Аl2O3•2SO3, в качестве двухкальциевого силиката - минерал с валовой формулой (1,8 - 2,3)СаО•SiO2, в качестве монокальциевого алюмината - минерал с валовой формулой СаО•Аl2О3 и в качестве ангидрита - минерал с валовой формулой CaSO4.In an embodiment of the invention, the expanding additive as a low basic calcium sulfoaluminate includes a mineral with a gross formula of 4 CaO • 3Al 2 O 3 • SO 3 , and as a highly basic calcium sulfoaluminate a mineral with a gross formula of (7-9) CaO • (2-3) Al 2 O 3 • 2SO 3 , as a dicalcium silicate - a mineral with a gross formula (1.8 - 2.3) CaO • SiO 2 , as monocalcium aluminate - a mineral with a gross formula CaO • Al 2 O 3 and as anhydrite - a mineral with gross formula of CaSO 4 .

В другом варианте изобретения в качестве ароматической кислоты она содержит бензойную кислоту, а в качестве высшей жирной кислоты - стеариновую кислоту или олеиновую кислоту, или смесь последних в мас. соотношении от 1 : 5 до 5 : 1 соответственно. In another embodiment of the invention, as aromatic acid, it contains benzoic acid, and as the highest fatty acid, stearic acid or oleic acid, or a mixture of the latter in wt. a ratio of 1: 5 to 5: 1, respectively.

В следующем варианте изобретения расширяющая добавка содержит указанные кислоты в виде их растворов и/или расплавов. In a further embodiment of the invention, the expanding additive contains said acids in the form of their solutions and / or melts.

Сущность изобретения в части расширяющей добавки заключается в том, что в составе САК согласно изобретению, полученном обжигом до спекания в восстановительной среде, отсутствует майенит (С12А7) при условии, что химический состав сырьевой смеси для САК берут с избытком извести для формирования при обжиге высокоосновного сульфоалюмината кальция и завершения обжига в период от образования до полного разложения последнего. Такой новый вид САК с высокоосновным сульфоалюминатом кальция и при практическом отсутствии майенита и свободного оксида кальция впервые экспериментально получен авторами настоящего изобретения. При применении в составе указанной добавки такого САК побочные реакции органических компонентов указанной добавки с майенитом и/или его производными исключаются, и органические компоненты добавки полностью расходуются на указанные выше комплексные соединения иона алюминия и их защиту от окружающей среды. Именно это позволяет коренным образом сократить потребное количество расширяющей добавки для придания указанному цементу безусадочности или расширения по сравнению с аналогичными добавками, известными из уровня техники.The essence of the invention in terms of expanding additives is that in the composition of the NAO according to the invention, obtained by firing before sintering in a reducing medium, there is no mayenite (C 12 A 7 ), provided that the chemical composition of the raw mix for NAO is taken with excess lime to form when roasting highly basic calcium sulfoaluminate and completing the calcination in the period from formation to complete decomposition of the latter. Such a new type of ASA with highly basic calcium sulfoaluminate and in the practical absence of mayenite and free calcium oxide was first experimentally obtained by the authors of the present invention. When using such an ASA as part of the specified additive, side reactions of the organic components of the specified additive with mayenite and / or its derivatives are eliminated, and the organic components of the additive are completely consumed for the above complex compounds of aluminum ion and their protection from the environment. This is what allows you to radically reduce the required amount of expanding additives to give the specified cement shrinkage or expansion compared with similar additives known in the prior art.

При этом расширяющей добавкой, содержащей указанные сульфоалюминаты кальция, в присутствии гидролитической извести, выделяемой алитом (С3S) портландцементного клинкера из вяжущего при его гидролизе в жидкую фазу цементо-водной системы, и в присутствии дополнительных (помимо содержащихся в САК) количеств триоксида серы в указанной жидкой фазе из растворяющихся примесей в портландцементном клинкере и из гипсового камня указанного вяжущего, синтезируется дополнительное количество AFt-фазы, а именно трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, сокращенно - трисульфата (чистая, без примесей железа и других разновидность этого минерала имеет валовую формулу 3СаО • Аl2O3 • 3CaSO4 • 32H2O, или, по сокращенной нотации, принятой в химии цемента, -

Figure 00000008
и называется эттрингитом - от местечка Эттринген в Германии, где данный минерал впервые обнаружен в природе). Этот гидросульфоалюминат кальция образуется также и в жидкой фазе водной суспензии обыкновенного портландцемента в результате реакции между трехкальциевым алюминатом (С3А) из клинкерного ингредиента и гипсовым камнем (
Figure 00000009
). В этом случае он содержит различные примеси и называется кратко "трисульфат", поскольку его валовая формула включает три молекулы сульфата кальция. При гидратации обыкновенного портландцемента трисульфат формируется сначала в виде геля, как показано А. Эмануэльсон с сотр. [8] в 1997 г., а затем кристаллизуется в виде столбчатых волокон трубчатого строения, образующих сростки. Обычно такой трисульфат снижает усадочные деформации цементо-водных систем, но лишь образующийся при гидратации САК трисульфат сразу образует микрокристаллы, которые растут до крупных размеров - 10 - 50 мкм, что и приводит к расширению. Для трисульфата, полученного в результате взаимодействия в жидкой фазе продуктов гидратации глиноземистого цемента, гипса и извести, это установлено в работе [9]. Когда гетерогенная реакция образования трисульфата заканчивается в результате исчерпания ингредиентов, для которых доступен взаимный контакт в жидкой фазе, цементный камень, строительный раствор или бетон благодаря начальной матрице - первичному скелету на основе сростка кристаллов трисульфата - характеризуется меньшей усадкой или расширением по сравнению с аналогичными материалами без указанной добавки, и эти изменения деформативных свойств указанных материалов являются необратимыми.In this case, an expanding additive containing the indicated calcium sulfoaluminates in the presence of hydrolytic lime secreted by alit (C 3 S) of Portland cement clinker from the binder during its hydrolysis into the liquid phase of the cement-water system, and in the presence of additional amounts of sulfur trioxide (in addition to the NAO) in the indicated liquid phase, from the soluble impurities in the Portland cement clinker and from the gypsum stone of the specified binder, an additional amount of the AFt phase is synthesized, namely the trisulfate form of hydrosulfoalumin ata calcium abbreviated - thiosulphate (pure, free of impurities of iron and other species of this mineral has gross formula 3SaO • Al 2 O 3 • 3CaSO 4 • 32H 2 O, or, in abbreviated notation adopted in cement chemistry -
Figure 00000008
and is called ettringite - from the town of Ettringen in Germany, where this mineral was first discovered in nature). This calcium hydrosulfoaluminate is also formed in the liquid phase of an aqueous suspension of ordinary Portland cement as a result of the reaction between tricalcium aluminate (C 3 A) from the clinker ingredient and gypsum stone (
Figure 00000009
) In this case, it contains various impurities and is briefly called “trisulfate”, since its gross formula includes three molecules of calcium sulfate. During the hydration of ordinary Portland cement, trisulfate is first formed in the form of a gel, as shown by A. Emanuelson et al. [8] in 1997, and then crystallizes in the form of columnar fibers of a tubular structure, forming splices. Typically, such trisulfate reduces the shrinkage deformation of cement-water systems, but only trisulfate formed during hydration of NAO immediately forms microcrystals, which grow to large sizes - 10 - 50 microns, which leads to expansion. For trisulfate obtained as a result of interaction in the liquid phase of the hydration products of aluminous cement, gypsum and lime, this was established in [9]. When the heterogeneous trisulfate formation reaction ends as a result of the exhaustion of ingredients for which mutual contact in the liquid phase is available, cement stone, mortar or concrete, thanks to the initial matrix - the primary skeleton based on the aggregate of trisulfate crystals - is characterized by less shrinkage or expansion compared to similar materials without the specified additives, and these changes in the deformation properties of these materials are irreversible.

В варианте изобретения учитывается, что составляющие САК не являются при обжиге минералами постоянной стехиометрии. Практически близкими к последней по составу всегда формируются низкоосновный сульфоалюминат и сульфат кальция. Остальные составляющие характеризуются непостоянством стехиометрии, хотя при накопленном опыте обжига это не препятствует решению основной задачи изобретения - получению безмайенитного САК. Преимущество нестехиометрического состава составляющих САК заключается в том, что в этом случае образующийся в жидкой фазе цементо-водной системы трисульфат содержит больше примесей, главным образом силикат-ионов (SiO44-и др.), что упрочняет сросток цементного камня на его основе и облегчает срастание расширяющей фазы с матрицей вяжущего, состоящей преимущественно из гидросиликатов кальция.In an embodiment of the invention, it is taken into account that the components of the NAO are not, when fired, minerals with constant stoichiometry. Almost basic in composition, a low basic sulfoaluminate and calcium sulfate are always formed. The remaining components are characterized by inconstancy of stoichiometry, although with the accumulated experience of firing, this does not prevent the solution of the main task of the invention — obtaining a no-charge MAS. The advantage of the non-stoichiometric composition of the components of the NAO is that in this case the trisulfate formed in the liquid phase of the cement-water system contains more impurities, mainly silicate ions (SiO 4 4- , etc.), which strengthens the aggregation of cement stone based on it and facilitates the accretion of the expanding phase with a binder matrix, consisting mainly of calcium hydrosilicates.

В другом варианте изобретения учитывается, что указанные ароматическая и жирная кислоты коренным образом модифицируют текстуру и состав расширяющей фазы - трисульфата в объеме цементного камня. Функция ароматической кислоты состоит в образовании органоминеральных комплексных соединений промежуточного характера, то есть существующих в течение короткого времени, на основе иона алюминия, извлекаемого ароматической кислотой из твердой фазы в результате ускорения ею поверхностного травления последней по сравнению с поверхностным травлением водой сульфоалюминатных составляющих САК. С этой точки зрения ароматическая кислота может быть названа травильным компонентом расширяющей добавки. В результате трисульфат образует высокодисперсные полимолекулярные пленки вокруг всех частиц указанного гидравлического вяжущего. Это приводит к так называемому ячеечному механизму расширения, обеспечиваемому ростом на полимолекулярной пленочной подложке кристаллов трисульфата вокруг всех твердых частиц цемента в цементо-водной суспензии. Из топологии следует, что при данном пространственном расположении (текстуре) расширяющей фазы максимальным образом используется кристаллизационное давление трисульфата для достижения безусадочности и/или расширения полученных продуктов. Функция высшей жирной кислоты состоит в защите указанных комплексных соединений иона алюминия от внешней среды (водяного пара, гигроскопической влаги, углекислоты) гидрофобной пленкой на основе двойного слоя Штерна до того момента, когда вода затворения проникнет к указанным полимолекулярным пленкам. После этого гидрофобные пленки с поверхности частиц снимаются по известному механизму [10] и выходят на поверхность цементных продуктов, а именно цементного камня, строительного раствора и/или бетона, повышая степень их водонепроницаемости. In another embodiment of the invention, it is considered that said aromatic and fatty acids radically modify the texture and composition of the expanding phase — trisulfate in the volume of the cement stone. The function of aromatic acid consists in the formation of organomineral complex compounds of an intermediate nature, that is, existing for a short time, on the basis of an aluminum ion extracted by aromatic acid from the solid phase as a result of its acceleration of surface etching of the latter as compared to surface etching of sulfoaluminate components of NAO by water. From this point of view, aromatic acid can be called the etching component of the expanding additive. As a result, trisulfate forms highly dispersed polymolecular films around all particles of the specified hydraulic binder. This leads to the so-called cellular expansion mechanism, which is ensured by the growth of trisulfate crystals on a polymolecular film substrate around all solid cement particles in a cement-water suspension. From the topology it follows that for a given spatial arrangement (texture) of the expanding phase, the crystallization pressure of the trisulfate is used to the maximum in order to achieve shrinkage and / or expansion of the obtained products. The function of higher fatty acid is to protect these complex compounds of aluminum ions from the external environment (water vapor, hygroscopic moisture, carbon dioxide) with a hydrophobic film based on a double Stern layer until the moment when the mixing water penetrates the indicated polymolecular films. After this, the hydrophobic films from the surface of the particles are removed by a known mechanism [10] and go to the surface of cement products, namely cement stone, mortar and / or concrete, increasing their degree of water resistance.

В следующем варианте изобретения указанные кислоты могут быть представлены не в их исходных товарных состояниях, но в виде растворов или расплавов. Физический смысл этого технического решения заключается в том, что в действительности указанные кислоты в момент исполнения указанных выше функций в действительности находятся не в исходных, а именно в указанных модифицированных состояниях: при совместном помоле или перемешивании вяжущего с расширяющей добавкой в точках контактов частиц гомогенизируемых веществ образуются раствор ароматической кислоты в гигроскопической влаге, окружающей каждую частицу вяжущего и расширяющей добавки ОН--слоями, испаряющимися в точечных высокотемпературных зонах указанных контактов при соударении частиц и мелющих тел в процессе помола, где развивается температура до 550oС (Боуден и Тейбор, 1955), или при контактном трении в точках зацеплений частиц во время помола и/или тщательного перемешивания, где развивается температура до 200oС [11]. Именно в этих точках возникают указанные ароматические комплексы ионов алюминия, образуемые путем хемосорбционного взаимодействия с ионами алюминия внешнего атомного слоя поверхности содержащих алюминий составляющих САК. В этих же точках плавятся и соответственно образуются точечные зоны расплавов высших жирных кислот, защищающие от внешней среды возникшие в указанных точках ароматические комплексы ионов алюминия. Таким образом, в готовом цементном продукте, включающем расширяющую добавку согласно изобретению, указанные органические компоненты расширяющей добавки представлены именно в указанных формах растворов и/или расплавов, распределенных в виде пленок по поверхности частиц указанного вяжущего и расширяющей добавки.In a further embodiment of the invention, these acids may not be present in their original market conditions, but in the form of solutions or melts. The physical meaning of this technical solution lies in the fact that, in fact, the indicated acids at the moment of performing the above functions are not actually in the initial, but in the specified modified states: when the binder is ground together or mixed with an expanding additive, homogenized substances are formed at the contact points of the particles aromatic acid dissolved in the hygroscopic moisture surrounding each particle binder and a spreading additive OH - -layer evaporating a point vysokotem eraturnyh zones of said contacts upon collision of particles and the grinding media during the grinding, where a temperature up to 550 o C (Bowden and Tabor, 1955), or when the contact friction at the points of entanglement particles during grinding and / or thorough mixing, where a temperature of up to 200 o C [11]. It is at these points that these aromatic complexes of aluminum ions arise, formed by chemisorption interaction with aluminum ions of the outer atomic layer of the surface of aluminum-containing components of NAO. At the same points, point zones of melts of higher fatty acids melt and correspondingly form, protecting the aromatic complexes of aluminum ions that arose at the indicated points from the external environment. Thus, in the finished cement product comprising the expanding additive according to the invention, these organic components of the expanding additive are presented in the indicated forms of solutions and / or melts, distributed in the form of films on the surface of the particles of the specified binder and expanding additive.

Сущность изобретения в части указанной добавки становится более ясной из примера его осуществления, представленного ниже. The invention in terms of this additive becomes clearer from an example of its implementation, presented below.

Пример 1. Для получения добавки согласно изобретению в первой серии опытов, проводимой в лабораторных условиях, используют:
исходные материалы:
компоненты добавки: принятые обозначения: сульфоалюминатный клинкер - САК, обожженный в нормальной среде САК1, в восстановительной среде - САК2; ароматическая кислота АК, в том числе бензойная - АК1, сульфобензойная, или бензолсульфокислота - АК2; высшая жирная кислота - ВЖК, в том числе стеариновая - ВЖКС, олеиновая - ВЖКО. Ниже приведены данные минералогического состава портландцементных клинкеров - согласно количественному петрографическому анализу; данные минералогического состава САК - согласно инструментальным методам анализа: С12А7 - по данным инфракрасной спектроскопии (наличию полосы поглощения ИК-спектров при частоте 0,640 м-1, соответствующей AlVI - атому алюминия в шестерной координационной группе), высокоосновного сульфоалюмината кальция - по данным рентгенографического анализа согласно набору рефлексов по Клейну - Трокселлу [12], низкоосновного сульфоалюмината кальция, монокальциевого алюмината, белита, ангидрита - по данным рентгенографического анализа согласно наборам рефлексов по Тейлору [13], примесей: алита (трехкальциевого силиката) - согласно наборам рефлексов по Малинину [14] . Валовые формулы минералов переменного состава определяли по методу селективного химического анализа в модификации Паниной и сотр. [15].
Example 1. To obtain the additives according to the invention in the first series of experiments carried out in laboratory conditions, use:
raw materials:
additive components: accepted designations: sulfoaluminate clinker - SAK, calcined in a normal environment SAK1, in a reducing environment - SAK2; aromatic acid AK, including benzoic acid - AK1, sulfobenzoic acid, or benzenesulfonic acid - AK2; the highest fatty acid is high fatty acids, including stearic acid - high fatty acids, oleic - high fatty acids. Below is the mineralogical composition of Portland cement clinkers according to quantitative petrographic analysis; the mineralogical composition of the NAO - according to instrumental analysis methods: C 12 A 7 - according to infrared spectroscopy (the presence of an absorption band of IR spectra at a frequency of 0.640 m -1 , corresponding to Al VI - aluminum atom in the sixth coordination group), highly basic calcium sulfoaluminate - X-ray analysis according to the set of reflections according to Klein – Troxell [12], low-basic calcium sulfoaluminate, monocalcium aluminate, belite, anhydrite — according to the X-ray analysis according to the sets of ref lexes according to Taylor [13], impurities: alite (tricalcium silicate) according to the sets of reflexes according to Malinin [14]. The gross formulas of minerals of variable composition were determined by the method of selective chemical analysis in the modification of Panina et al. [fifteen].

Фазовый состав сульфоалюминатных клинкеров (мас.%):
САК1:

Figure 00000010
,
Figure 00000011
C2S 38, СА 10, С
Figure 00000012
13, примеси: С12A7 5, C3S 2, свободный оксид кальция 1, остальные, преимущественно соединения щелочных металлов в пересчете на Na2O - 1;
САК2А:
Figure 00000013
,
Figure 00000014
, C2S 33, СА 5, С
Figure 00000015
10, примеси: С12A7 0,3, С3S 0,5, свободный оксид кальция 0,5, остальные, преимущественно соединения щелочных металлов в пересчете на Na2O - 0,7;
САК2Б:
Figure 00000016
,
Figure 00000017
, C2S 12, СА 1, С
Figure 00000018
3, примеси: С12A7 2, С3S 0,5, свободный оксид кальция 0,2, остальные, преимущественно соединения щелочных металлов в пересчете на Na2O - 1,3;
САК2В:
Figure 00000019
,
Figure 00000020
, C2S 24, СА 2, С
Figure 00000021
6, примеси: С12A7 1, С3S 3, свободный оксид кальция 0,9, остальные, преимущественно соединения щелочных металлов в пересчете на Na2O - 1,1;
АК1 - бензойная кислота техническая (валовая формула C6H5COOH), марки А, порошок белого цвета;
АК2 - сульфобензойная кислота техническая (валовая формула С6Н53Н), порошок белого цвета;
ВЖКС - кислота стеариновая техническая (валовая формула C18H36O2), марки Т-3, хлопья белого цвета;
ВЖКО - кислота олеиновая техническая (валовая формула C18H34O2), жидкость со слабым характерным запахом.The phase composition of sulfoaluminate clinkers (wt.%):
SAK1:
Figure 00000010
,
Figure 00000011
C 2 S 38, CA 10, C
Figure 00000012
13, impurities: C 12 A 7 5, C 3 S 2, free calcium oxide 1, the rest, mainly alkali metal compounds in terms of Na 2 O - 1;
SAK2A:
Figure 00000013
,
Figure 00000014
, C 2 S 33, CA 5, C
Figure 00000015
10, impurities: C 12 A 7 0.3, C 3 S 0.5, free calcium oxide 0.5, the rest, mainly alkali metal compounds in terms of Na 2 O - 0.7;
SAK2B:
Figure 00000016
,
Figure 00000017
, C 2 S 12, CA 1, C
Figure 00000018
3, impurities: C 12 A 7 2, C 3 S 0.5, free calcium oxide 0.2, the rest, mainly alkali metal compounds in terms of Na 2 O - 1.3;
SAK2V:
Figure 00000019
,
Figure 00000020
, C 2 S 24, CA 2, C
Figure 00000021
6, impurities: C 12 A 7 1, C 3 S 3, free calcium oxide 0.9, the rest, mainly alkali metal compounds in terms of Na 2 O - 1.1;
AK1 - technical benzoic acid (gross formula C 6 H 5 COOH), grade A, white powder;
AK2 - technical sulfobenzoic acid (gross formula C 6 H 5 SO 3 N), white powder;
VZHKS - technical stearic acid (gross formula C 18 H 36 O 2 ), grade T-3, white flakes;
VZhKO - technical oleic acid (gross formula C 18 H 34 O 2 ), a liquid with a weak characteristic odor.

Добавку согласно изобретению готовят путем смешения компонентов в лабораторной мешалке ЛМ1 цилиндрического типа длиной 30 см и диаметром 5 см, заполненной стальными шариками диаметром 1,0-1,2 см на 15 об.% при порошкообразных компонентах добавки и на 30 об.% при смеси порошкообразных и жидких компонентов добавки, в течение 20 мин. The additive according to the invention is prepared by mixing the components in a laboratory stirrer LM1 of a cylindrical type with a length of 30 cm and a diameter of 5 cm, filled with steel balls with a diameter of 1.0-1.2 cm at 15 vol.% With the powder components of the additive and 30 vol.% With the mixture powdered and liquid components of the additive, for 20 minutes

Ингредиенты указанных цементо-водных систем, а именно: цементо-водной суспензии и мелкозернистой бетонной смеси, в которые вводят добавку согласно изобретению:
портландцемент ПЦ1: из клинкера следующего химико-минералогического состава (мас. %): химический состав по главным оксидам: SiO2 21,80; Аl2O3 5,29; Fе2O3 5,09; CaO 65,35; MgO 0,84; SO3 0,38; R2O 0,58; в том числе К2О 0,47 и Na2O 0,27; сумма 99,33, расчетные характеристики: КН по Кинду 0,90; n 2,10; р 1,04; содержание остальных малых составляющих: Li2O≅0, ВаО 0,07, SrO 0,002, NiO 0,031, СоО 0,02, Мn2O3 0,095, Сr2О3 0,188, MoO 0,054, TiO2 0,02, P2O5 0,19, Cl2 0, F2 0; расчетный минералогический состав: C3S 58, C2S 19, С3А 5,4, C4AF 15,5, примеси - остальное. Содержание двуводного гипса - 2,15 мас.%;
вода техническая для бетонов и растворов по ГОСТ 23732-79.
The ingredients of these cement-water systems, namely: cement-water slurry and fine-grained concrete mixture, into which the additive according to the invention is introduced:
Portland cement PC1: from clinker of the following chemical and mineralogical composition (wt.%): chemical composition of the main oxides: SiO 2 21.80; Al 2 O 3 5.29; Fe 2 O 3 5.09; CaO 65.35; MgO 0.84; SO 3 0.38; R 2 O 0.58; including K 2 O 0.47 and Na 2 O 0.27; the sum of 99.33, calculated characteristics: KN according to Kind 0.90; n 2.10; p 1.04; the content of the remaining small components: Li 2 O≅0, BaO 0.07, SrO 0.002, NiO 0.031, CoO 0.02, Mn 2 O 3 0.095, Cr 2 O 3 0.188, MoO 0.054, TiO 2 0.02, P 2 O 5 0.19, Cl 2 0, F 2 0; calculated mineralogical composition: C 3 S 58, C 2 S 19, C 3 A 5.4, C 4 AF 15.5, impurities - the rest. The content of two-water gypsum is 2.15 wt.%;
technical water for concrete and mortar according to GOST 23732-79.

Кроме того, мелкозернистый бетон для испытания добавки согласно изобретению включает следующие исходные материалы:
МЗ - мелкий заполнитель - песок кварцевый фракции 1-5 мм, содержащий, мас. %: кварц 97, полевые шпаты 2, темноцветные минералы - эпидот и другие примеси 1, при пустотности 38% по объему;
КЗ - крупный заполнитель - щебень гранитный фракции 5-10 мм, содержащий, мас. %: гранит 95, кварцит 3, слюду и другие примеси 2, при пустотности 45% по объему.
In addition, the fine concrete for testing the additive according to the invention includes the following starting materials:
MZ - fine aggregate - sand quartz fraction 1-5 mm, containing, by weight. %: quartz 97, feldspars 2, dark-colored minerals - epidote and other impurities 1, with 38% voidness by volume;
KZ - coarse aggregate - crushed stone granite fractions of 5-10 mm, containing, by weight. %: granite 95, quartzite 3, mica and other impurities 2, with a voidness of 45% by volume.

Все исходные материалы удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов и технических условий. All raw materials meet the requirements of relevant standards and specifications.

Цементо-водную суспензию и мелкозернистую бетонную смесь с добавкой согласно изобретению готовят путем совмещения ингредиентов (способ совмещения описан в примере 3) в лабораторной мешалке принудительного действия, цилиндрической, с вертикальным быстроходным ротором, снабженным пропеллерной мешалкой, емкостью для перемешивания и выгрузки готового продукта по ГОСТ 30744-01. Время перемешивания - по секундомеру. Обычно продолжительность перемешивания всех ингредиентов на заключительной стадии, после введения добавки согласно изобретению и по прототипу и вяжущего, составляла 5 мин. A cement-water suspension and a fine-grained concrete mixture with an additive according to the invention are prepared by combining the ingredients (the method of combination is described in example 3) in a laboratory forced-action mixer, cylindrical, with a vertical high-speed rotor equipped with a propeller mixer, a container for mixing and unloading the finished product according to GOST 30744-01. Mixing time - by stopwatch. Typically, the duration of mixing all the ingredients in the final stage, after the introduction of the additive according to the invention and the prototype and binder, was 5 minutes

Для испытания добавки согласно изобретению в 1-й серии опытов ее вводят путем предварительного смешения с цементом, в испытываемый цементный материал по вариантам: α: цементное тесто (цементо-водная суспензия) с В/Ц, равным мас. отношению содержания воды и цемента в цементном тесте нормальной густоты, в данном случае 0,23; β: цементную растворную смесь, включающую портландцемент, воду и мелкий заполнитель в мас. соотношении 1 : 0,5 : 2; γ: цементную мелкозернистую бетонную смесь, включающую портландцемент, воду, мелкий и крупный заполнители в мас. соотношении 1 : 0,5 : 0,6 : 1,4. To test the additive according to the invention in the 1st series of experiments, it is introduced by preliminary mixing with cement into the tested cement material according to the options: α: cement paste (cement-water slurry) with W / C equal to wt. the ratio of water and cement in the cement paste of normal density, in this case 0.23; β: cement mortar mixture comprising Portland cement, water and fine aggregate in wt. ratio of 1: 0.5: 2; γ: cement fine-grained concrete mixture, including Portland cement, water, fine and coarse aggregates in wt. ratio of 1: 0.5: 0.6: 1.4.

Таким образом, измерения усадки и прочности проводят на образцах из твердеющей цементо-водной суспензии или из мелкозернистой бетонной смеси с В/Ц 0,23 и 0,5 соответственно. Thus, measurements of shrinkage and strength are carried out on samples from a hardening cement-water suspension or from a fine-grained concrete mixture with a W / C of 0.23 and 0.5, respectively.

Для испытания добавки согласно изобретению во 2-й серии опытов ее вводят в цемент путем более тщательного смешения, которое проводят в лабораторной двухкамерной мельнице периодического действия, футерованной чугунными бронеплитами, с размерами каждой камеры: длина 0,28 м, диаметр 0,5 м, частота вращения 48 мин-1, мощность привода 1,1 кВт, частота вращения двигателя 930 мин-1, мелющая загрузка на каждую камеру (при навеске портландцемента примерно по 10 кг в каждую камеру): цильпебс ⌀ 20 мм • L 32 мм 5 кг, длительность смешения - 15 мин. Далее полученную смесь портландцемента и добавки в заданных соотношениях испытывают в составе трех вариантов цементо-водной суспензии и мелкозернистого бетона, аналогичных упомянутым под теми же наименованиями α,β и γ.In order to test the additive according to the invention in the 2nd series of experiments, it is introduced into cement by more thorough mixing, which is carried out in a laboratory two-chamber mill of periodic action lined with cast iron armored plates, with the dimensions of each chamber: length 0.28 m, diameter 0.5 m, rotation speed 48 min -1 , drive power 1.1 kW, engine speed 930 min -1 , grinding load on each chamber (with portland cement weighing approximately 10 kg in each chamber): tsilpebs ⌀ 20 mm • L 32 mm 5 kg mixing time is 15 minutes Next, the resulting mixture of Portland cement and additives in the given proportions is tested in the composition of three versions of cement-water suspension and fine-grained concrete, similar to those mentioned under the same names α, β and γ.

Цементо-водную суспензию по варианту α (цементное тесто) готовят по ГОСТ 310.3-76 вручную; мелкозернистую бетонную смесь по вариантам β и γ готовят по ГОСТ 30744-01 с использованием описанной выше пропеллерной мешалки. Из приготовленных материалов изготавливают стандартные образцы-призмы (балочки) размерами 4 • 4 • 16 см для физико-механических испытаний твердеющей цементо-водной суспензии, мелкозернистого бетона без добавки, с известной добавкой согласно прототипу и с добавкой согласно изобретению; испытание образцов осуществляют по показателям: прочности при изгибе и сжатии по методике ГОСТ 310.4-81. Для измерения линейных деформаций образцов указанных материалов при твердении, а именно деформаций усадки/расширения из приготовленных материалов изготавливают образцы-призмы размерами 2 • 2 • 13 см следующим образом. На стальном листе, которым облицована поверхность лабораторного стола, собирают формы для изготовления указанных образцов, включающие каждая прямоугольный металлический поддон, на который устанавливают стальную раму, включающую три гнезда для формования призм. В центрах торцевых стенок (2•2 см) каждого гнезда имеются полусферические углубления, которые заполняют пластилином. В последний на глубину 2 - 3 мм вдавливают стальные шарики диаметром 5 или 6 мм, закрепляя их тем самым на стенках гнезд в раме. Затем раму встряхивают несколько раз, ударяя о край стальной облицовки стола для проверки прочности закрепления шариков. Убедившись, что шарики держатся крепко, подготовленные рамы устанавливают на стальные поддоны. Места соприкосновения рам с поддонами тщательно замуровывают горячей смазкой, состоящей из смеси парафина и канифоли (3 : 1) по 4 г на каждую раму. Затем формы заполняют указанными материалами и уплотняют так же, как это делают при изготовлении образцов для испытания прочности по ГОСТ 310.4-81, т.е. на вибростоле с частотой колебаний 3000 мин-1, предварительно жестко закрепляя формы на вибростоле с помощью механических зажимов.Cement-water suspension according to option α (cement paste) is prepared manually according to GOST 310.3-76; fine-grained concrete mixture according to options β and γ is prepared according to GOST 30744-01 using the propeller mixer described above. Standard materials-prisms (beams) with dimensions of 4 • 4 • 16 cm are made from prepared materials for physicomechanical testing of hardening cement-water slurry, fine-grained concrete without additives, with a known additive according to the prototype and with an additive according to the invention; Testing of samples is carried out according to the indicators: bending and compression strength according to the method of GOST 310.4-81. To measure linear strains of samples of these materials during hardening, namely, shrinkage / expansion strains, prepared samples are used to prepare prism samples with dimensions of 2 • 2 • 13 cm as follows. On a steel sheet, which is faced with the surface of the laboratory bench, collect molds for the manufacture of these samples, including each rectangular metal pallet, on which a steel frame is installed, including three slots for forming prisms. In the centers of the end walls (2 • 2 cm) of each nest there are hemispherical recesses that are filled with plasticine. In the latter, steel balls with a diameter of 5 or 6 mm are pressed into a depth of 2–3 mm, thereby fixing them on the walls of the nests in the frame. Then the frame is shaken several times, hitting the edge of the steel table lining to check the strength of the balls. After making sure that the balls hold tight, the prepared frames are mounted on steel pallets. The places of contact between the frames and pallets are carefully walled up with hot grease, consisting of a mixture of paraffin and rosin (3: 1), 4 g for each frame. Then the molds are filled with the indicated materials and compacted in the same way as they are done in the manufacture of samples for strength testing according to GOST 310.4-81, i.e. on a vibrating table with an oscillation frequency of 3000 min -1 , previously rigidly fixing the forms on the vibrating table using mechanical clamps.

Через 48±2 ч после затворения указанных материалов призмы с установленными в их торцах шариками извлекают из форм, маркируют и тотчас помещают в воздушно-влажную среду с относительной влажностью (W) не менее 95% и температурой 20±3oС (среда 1). Далее линейные размеры образцов измеряют через установленные сроки и сравнивают с первым измерением, выполненным сразу после распалубки. Для сравнения аналогичным образом измеряют показатели линейной деформации образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях (W поддерживается равной 65±5% при температуре 20±3oС - среда 2). Срок последнего измерения - 2 месяца, как известно [16], достаточен для получения оценочных значений линейных деформаций образцов из твердеющей цементо-водной суспензии (цементного камня) и мелкозернистого бетона при условии, что предыдущий замер дал результат, отличающийся от конечного не более чем на 10%.48 ± 2 hours after mixing of the indicated materials, the prisms with balls installed in their ends are removed from the molds, marked and immediately placed in an air-moist environment with a relative humidity (W) of at least 95% and a temperature of 20 ± 3 o С (medium 1) . Next, the linear dimensions of the samples are measured after a specified time and compared with the first measurement made immediately after the formwork. For comparison, the linear deformation indices of samples hardened in air-dry conditions are measured in a similar way (W is maintained equal to 65 ± 5% at a temperature of 20 ± 3 o С - medium 2). The last measurement period of 2 months, as is known [16], is sufficient to obtain estimated linear strains of samples from hardening cement-water slurry (cement stone) and fine-grained concrete, provided that the previous measurement gave a result that differs from the final one by no more than 10%.

Для испытаний образцов на прочность при сжатии применяют стандартный гидравлический пресс с самоустанавливающейся верхней плитой, при изгибе (растяжении при изгибе) - испытательную машину для нагружения балочек по трехточечной схеме, при испытании усадочных деформаций - прибор по ГОСТ 11052-74 для измерения линейных деформаций усадки/расширения, снабженный часовым индикаторным микрометром со шкалой с делениями через 0,01 мм и двумя стрелками, из которых большая указывает доли миллиметра, а меньшая - миллиметры, причем каждый миллиметр соответствует полному обороту большой стрелки. Индикатор снабжен штырем с полусферическим углублением для плотного контакта с шариками, закрепленными на образцах, и закреплен на направляющих таким образом, что расстояние между первым показанием стрелок индикатора и нижним концом измерительной ячейки, в которую устанавливают призму, остается всегда постоянным, а затем изменяется по мере изменения линейных размеров призм. To test the samples for compressive strength, a standard hydraulic press with a self-adjusting top plate is used, when bending (tensile when bending), a testing machine for loading the beams according to a three-point scheme, when testing shrinkage deformations, a device according to GOST 11052-74 for measuring linear shrinkage strains / extensions equipped with an hour indicator micrometer with a scale with divisions through 0.01 mm and two hands, of which the larger indicates fractions of a millimeter, and the smaller indicates millimeters, with each millimeter corresponding There is no full revolution of the big arrow. The indicator is equipped with a hemispherical recessed pin for tight contact with the balls fixed on the samples and fixed on the rails in such a way that the distance between the first indication of the indicator arrows and the lower end of the measuring cell into which the prism is mounted remains always constant and then changes as changes in the linear dimensions of prisms.

Составы добавок согласно изобретению, использованные в опытах по примеру 1 и изготовленные посредством смешения составляющих, по массовым соотношениям таковы:
Д1: САК1 + АК1 + ВЖКС = 1 : 0,1 : 0,1 (по прототипу);
Д2: САК2А+АК1+ВЖКС=1 :0,1 :0,1;
Д3: САК2Б + AK 1 + ВЖКС + ВЖКО = 1 : 0,1 : (0,05 + 0,05);
Д4: САК2В + AK 1 + ВЖКС + ВЖКО = 1 : 0,025 : (0,1 + 0,1);
Д5: САК2В + AK 1 + ВЖКС = 1 : 0,3 : 0,2;
Д6: САК2В + AK 1 + ВЖКС + ВЖКО = 1 : 0,3 : (0,01 + 0,01).
The compositions of the additives according to the invention, used in the experiments of example 1 and made by mixing the components, in mass ratios are as follows:
D1: SAK1 + AK1 + VZHKS = 1: 0,1: 0,1 (according to the prototype);
D2: SAK2A + AK1 + VZHKS = 1: 0,1: 0,1;
D3: SAK2B + AK 1 + VZHKS + VZHKO = 1: 0.1: (0.05 + 0.05);
D4: SAK2V + AK 1 + VZHKS + VZHKO = 1: 0,025: (0,1 + 0,1);
D5: SAK2V + AK 1 + VZHKS = 1: 0.3: 0.2;
D6: SAK2V + AK 1 + VZHKS + VZHKO = 1: 0.3: (0.01 + 0.01).

Составы добавок согласно изобретению, изготовленные посредством домола САК с остальными компонентами, по массовым соотношениям таковы: Д7 - соответствует Д2, Д8 - Д3, Д9 - Д4, Д10 - Д5 и, наконец, Д11 соответствует Д6. The compositions of the additives according to the invention, made by means of pre-grinding SAC with other components, according to mass ratios are as follows: D7 - corresponds to D2, D8 - D3, D9 - D4, D10 - D5 and, finally, D11 corresponds to D6.

Состав цемента, в который вводят указанные добавки, представлен в таблице 1, строки 1-14. The composition of the cement into which these additives are introduced is presented in table 1, lines 1-14.

Результаты испытаний в обеих сериях опытов приведены в таблице 1. Данные по усадке приведены при хранении образцов в среде 2, составы согласно изобретению - в строках 3 - 15, из них составы в строках 7, 8, 13 и 14 - оптимумы, в строках 3-6 и 9-12 - остальные составы. Приведенные данные сравнивают с результатами испытаний контрольного цемента без добавки - в строке 1 таблицы 1 и с составом цемента с добавкой согласно прототипу - в строке 2 той же таблицы. Указанные данные подтверждают существенный полезный эффект добавки согласно изобретению, а именно наличие расширения или значительное снижение усадки продуктов, включающих указанную добавку, при снижении ее расхода до 1,5 - 4% массы цемента, то есть в 1,7 - 4,7 раза по сравнению с прототипом, что приводит к решающему снижению себестоимости безусадочного портландцемента с добавкой согласно изобретению и к возможности широкого внедрения такого цемента в различных областях строительства и строительной индустрии. В среде 1 составы цементо-водных систем с добавкой согласно изобретению в течение сроков измерений являются расширяющимися с деформациями расширения цементного камня до 0,3 мм/м через 28 суток, что примерно соответствует расширяющемуся портландцементу, включающему около 25% расширяющейся добавки [5] и при нынешнем уровне себестоимости по крайней мере вдвое более дорогостоящему, причем столь значительное расширение недостижимо для цемента с добавкой согласно прототипу. Отметим, что наблюдается закономерная зависимость свойств указанных материалов с добавкой согласно изобретению от ее состава: добавка по прототипу, включающая значительное количество (около 5% С12А7), значительно менее эффективна; наилучшие результаты показывают добавки, содержащие повышенные количества обоих сульфоалюминатов кальция - высоко- и низкоосновного. Наличие олеиновой кислоты в смеси высших жирных кислот позволяет использовать более низкие температуры шихты смешения или домола добавки согласно изобретению. Использование другой ароматической кислоты вместо бензойной, в частности, сульфобензойной кислоты позволяет получить аналогичные результаты, с учетом свойств последней, в частности, ее довольно резкого запаха, поэтому ее содержание в указанной добавке снижают в указанных пределах до минимального. Следует отметить, что, как и кольматирующие добавки по ГОСТ 24211-91 "Добавки для бетонов. Общие технические требования", таблица 1, п. 19, согласно указанному стандарту, повышающие марку по водонепроницаемости цементных продуктов на 2 класса, расширяющая добавка согласно изобретению, как показывают эксперименты, проведенные его авторами, также повышает марку указанных продуктов по водонепроницаемости в той же степени, или более, в зависимости от состава цементных продуктов.The test results in both series of experiments are shown in table 1. Shrinkage data are given during storage of samples in medium 2, the compositions according to the invention are in lines 3 to 15, of which the compositions in lines 7, 8, 13 and 14 are optimums, in lines 3 -6 and 9-12 - the rest of the compositions. The data are compared with the test results of control cement without additives in row 1 of table 1 and with the composition of cement with an additive according to the prototype in row 2 of the same table. These data confirm the significant beneficial effect of the additive according to the invention, namely the presence of expansion or a significant reduction in shrinkage of products including the specified additive, while reducing its consumption to 1.5 - 4% of the mass of cement, that is, 1.7 to 4.7 times compared with the prototype, which leads to a decisive reduction in the cost of non-shrink Portland cement with the additive according to the invention and to the possibility of widespread use of such cement in various fields of construction and construction industry. In medium 1, the compositions of the cement-water systems with the additive according to the invention during the measurement period are expanding with expansion deformations of the cement stone to 0.3 mm / m after 28 days, which approximately corresponds to expanding Portland cement, comprising about 25% of the expanding additive [5] and at the current cost level, at least twice as expensive, and such a significant expansion is unattainable for cement with an additive according to the prototype. Note that there is a natural dependence of the properties of these materials with the additive according to the invention on its composition: the additive according to the prototype, comprising a significant amount (about 5% C 12 A 7 ), is much less effective; supplements containing increased amounts of both calcium sulfoaluminates — high and low basic — show best results. The presence of oleic acid in a mixture of higher fatty acids allows the use of lower temperatures of the mixture of mixing or domol of the additive according to the invention. The use of another aromatic acid instead of benzoic, in particular sulfobenzoic acid, allows one to obtain similar results, taking into account the properties of the latter, in particular, its rather sharp odor, therefore its content in the specified additive is reduced to the minimum within the specified limits. It should be noted that, like colmatizing additives according to GOST 24211-91 "Additives for concrete. General technical requirements", table 1, p. 19, according to the specified standard, increasing the waterproofing grade of cement products into 2 classes, expanding the additive according to the invention, as shown by experiments by its authors, it also increases the brand of these products for water resistance to the same extent, or more, depending on the composition of cement products.

Таким образом, первая цель изобретения - создание добавки для придания безусадочности или расширения твердеющим цементо-водным системам, одновременно существенно ускоряющей их твердение и действующей при коренным образом сниженных концентрациях в цементе, а именно в пределах 1,5 - 4% массы цемента, достигнута. Из уровня техники подобный результат считается даже теоретически недостижимым, что следует из таблицы составов расширяющихся цементов, приведенных в последнем отечественном обзоре [17]. Приведенные выше характеристики позволяют использовать добавку согласно изобретению, как весьма эффективную, но для повышения качества и долговечности материалов, изготавливаемых с указанной добавкой, кроме того, необходимы выбор оптимального состава безусадочного портландцемента и использование разработанного способа изготовления указанного цемента согласно изобретению. Thus, the first objective of the invention is the creation of additives for imparting non-shrink or expansion to hardening cement-water systems, at the same time significantly accelerating their hardening and acting at radically reduced concentrations in cement, namely within 1.5 - 4% of the mass of cement, achieved. From the prior art, such a result is considered even theoretically unattainable, which follows from the table of compositions of expanding cements given in the latest domestic review [17]. The above characteristics allow the use of the additive according to the invention as very effective, but to improve the quality and durability of the materials manufactured with this additive, in addition, it is necessary to select the optimal composition of non-shrink Portland cement and use the developed method for the manufacture of the specified cement according to the invention.

Анализируя уровень техники в области безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых цементов, отметим, что из известных в настоящее время примерно 60 составов расширяющихся и безусадочных цементов все, нашедшие широкое практическое применение, кроме одного - гипсоглиноземистого расширяющегося цемента: продукта совместного помола глиноземистого клинкера или шлака с гипсовым камнем в мас. соотношении 7 : 3 по Будникову и Кравченко с расширением через 28 суток до 0,35% [5], являются модификациями портландцемента, и у всех без исключения расширение основано на образовании при гидратации повышенных по сравнению с портландцементом количеств трисульфата. Когда гетерогенная реакция образования трисульфата заканчивается в результате исчерпания хотя бы одного из ингредиентов, контактирующих между собой в жидкой фазе цементного камня, расширение последнего прекращается, и в дальнейшем он претерпевает усадку. В любой момент твердения фиксируемая величина объемного или линейного расширения цементо-водной системы есть разность деформаций начального расширения и длящейся усадки. У расширяющихся цементов начальное расширение превосходит длящуюся усадку, у безусадочных же цементов первоначальное расширение примерно равно усадке. Analyzing the state of the art in the field of non-shrinking and expanding waterproof cements, we note that of the currently known approximately 60 compositions of expanding and non-shrinking cements, all that have found wide practical application, except for one - gypsum-alumina expanding cement: a product of joint grinding of aluminous clinker or slag with gypsum stone in wt. a ratio of 7: 3 according to Budnikov and Kravchenko with an expansion after 28 days to 0.35% [5] are modifications of Portland cement, and for all, without exception, the expansion is based on the formation during hydration of higher amounts of trisulfate compared to Portland cement. When the heterogeneous trisulfate formation reaction ends as a result of the exhaustion of at least one of the ingredients that come into contact with each other in the liquid phase of the cement stone, the expansion of the latter ceases, and then it shrinks. At any moment of hardening, the fixed value of the volumetric or linear expansion of the cement-water system is the difference between the strains of the initial expansion and the continuous shrinkage. In expanding cements, the initial expansion exceeds the continuous shrinkage, in non-shrinkable cements, the initial expansion is approximately equal to shrinkage.

Усадка, следующая за расширением, может осложняться протекающим в цементном камне фазовым переходом трисульфата в менее обводненную и содержащую меньше серы фазу, называемую моносульфоалюминатом кальция

Figure 00000022
, или, при отклонениях от указанной формулы ввиду наличия примесей, - моносульфатом. Конверсия
Figure 00000023
происходит с выделением двух молекул сульфата кальция
Figure 00000024
и 12 молекул воды Н, обладающих повышенным потенциалом растворения и могущих активно воздействовать на имеющийся кристаллический сросток, то есть "скелет" цементного камня, растворяя основные контакты срастания и снижая прочность последнего. Указанной конверсии и сопровождающей ее быстрой усадки не происходит, когда в жидкой фазе цементного камня концентрация аниона
Figure 00000025
является равновесной трисульфату, причем показатель концентрации водородных ионов рН не ниже 11,5. Эти параметры вполне достижимы при твердении расширяющихся или безусадочных цементов с рационально подобранными составами и повышенным уровнем водонепроницаемости продуктов по сравнению с продуктами на основе портландцемента. Именно поэтому и существует промышленное производство указанных расширяющихся и безусадочных цементов.The shrinkage following expansion may be complicated by the phase transition of the trisulfate in the cement stone to a less flooded and less sulfur phase called calcium monosulfoaluminate
Figure 00000022
, or, in case of deviations from the specified formula due to the presence of impurities, monosulfate. Conversion
Figure 00000023
occurs with the release of two molecules of calcium sulfate
Figure 00000024
and 12 water molecules H, which have an increased dissolution potential and can actively affect the existing crystalline aggregate, that is, the "skeleton" of cement stone, dissolving the main contacts of the intergrowth and reducing the strength of the latter. The indicated conversion and the accompanying rapid shrinkage do not occur when the anion concentration in the liquid phase of the cement stone
Figure 00000025
is equilibrium with trisulfate, and the concentration of hydrogen ions, pH is not lower than 11.5. These parameters are quite achievable when hardening expanding or non-shrinking cements with rationally selected compositions and an increased level of water resistance of products compared to products based on Portland cement. That is why there is industrial production of these expanding and non-shrink cements.

Известна используемая в США классификация промышленно изготавливаемых расширяющихся или безусадочных цементов, основанная на образовании дополнительного по сравнению с обыкновенным портландцементом количества трисульфата из дополнительно вводимого в портландцемент в различных минеральных формах глинозема (Аl2O3 = А) или на улучшенной по сравнению с обычным портландцементом микроструктуре фазы трисульфата. При этом выделяют три главных типа подобных цементов [9]:
- Тип К (по фамилии основного автора, Александра Клейна, США, 1956 г., первая научная публикация в 1958 г. [12]), изготавливаемый путем совместного или раздельного помола с последующим смешением портландцементного клинкера, гипса

Figure 00000026
и расширяющего ингредиента - сульфоалюминатного клинкера (САК), включающего (мас. %) сульфоалюминат кальция -
Figure 00000027
5 - 60, предпочтительнее 30 - 60, белит (C2S) 20 - 50, ангидрит (
Figure 00000028
) 5 - 15, майенит (С12A7) 2 - 10 и свободную известь (С) - остальное, взятых в мас. соотношении, соответствующем стехиометрии уравнения реакции образования трисульфата при гидратации расширяющегося цемента типа К:
Figure 00000029

При этом свободная известь в гидратной форме (СН) может присутствовать в составе САК и/или выделяться при гидролизе алита во время гидратации портландцементного (матричного) ингредиента расширяющегося цемента. Достоинство расширяющегося цемента типа К - повышенная сульфатостойкость при содержании С3А в портландцементном клинкерном ингредиенте менее 6% и суммарном содержании SO3 ≥ 6% массы цемента [9]. Другие расширяющиеся цементы на основе портландцемента по сульфатостойкости близки к портландцементу и незначительно превосходят его.The classification of industrially manufactured expanding or non-shrinkable cements used in the USA is known, based on the formation of an additional (compared to ordinary Portland cement) amount of trisulfate from additionally introduced into Portland cement in various mineral forms of alumina (Al 2 O 3 = A) or on an improved microstructure compared to conventional Portland cement trisulfate phases. In this case, there are three main types of similar cements [9]:
- Type K (by the name of the main author, Alexander Klein, USA, 1956, the first scientific publication in 1958 [12]), produced by joint or separate grinding, followed by mixing Portland cement clinker, gypsum
Figure 00000026
and an expanding ingredient - sulfoaluminate clinker (SAK), including (wt.%) calcium sulfoaluminate -
Figure 00000027
5-60, preferably 30-60, white (C 2 S) 20-50, anhydrite (
Figure 00000028
) 5 - 15, mayenite (C 12 A 7 ) 2 - 10 and free lime (C cv ) - the rest, taken in wt. the ratio corresponding to the stoichiometry of the reaction equation for the formation of trisulfate during hydration of expanding cement type K:
Figure 00000029

In this case, free lime in hydrated form (CH) can be present in the composition of NAO and / or released during the hydrolysis of alite during hydration of the Portland cement (matrix) ingredient of expanding cement. The advantage of type K expanding cement is increased sulfate resistance with a C 3 A content in the Portland cement clinker ingredient of less than 6% and a total SO 3 content of ≥ 6% of the cement mass [9]. Other expanding Portland cement-based cements are close in terms of sulfate resistance to Portland cement and slightly exceed it.

САК производят путем обжига до спекания сырьевой смеси из известняка, боксита и гипса, обычно по сухому способу во избежание загустевания шлама, причем в процессе нагревания смеси первоначально образуются ангидрит С •

Figure 00000030
, известь С и γ-Al2O3, из их части возникает неустойчивый высокоосновный сульфоалюминат кальция (фаза Трокселла
Figure 00000031
), а при его разложении в ходе дальнейшего обжига -
Figure 00000032
с высвобождением извести, расходуемой на остальной глинозем с формированием С12A7. Кремнезем в САК связан в C2S. Для ускорения минералообразования вводят минерализаторы, например, фториды, что превращает С12A7 во фтормайенит С11А7Сf или - при восстановительной среде - в сульфидное производное майенита
Figure 00000033
. Возможен обжиг белитового портландцементного клинкера из сырьевой смеси с добавками боксита и гипса, в котором одновременно с
Figure 00000034
формируется алит (С3S) на основе взаимодействия с белитом извести, выделяющейся из разлагающегося высокоосновного сульфоалюмината кальция - упомянутой фазы Трокселла [12], причем такой сульфоалюминатный клинкер (неравновесного состава, так как C3S и
Figure 00000035
термодинамически несовместимы) с добавкой 6% гипса позволяет получить высокопрочный расширяющийся портландцемент марки 550 - 600 с контролируемым расширением [18].NAO is produced by calcining, before sintering, the raw mix of limestone, bauxite and gypsum, usually by the dry method in order to avoid thickening of the sludge, and anhydrite C • is initially formed during heating of the mixture
Figure 00000030
, lime С St. and γ-Al 2 O 3 , from their part arises an unstable highly basic calcium sulfoaluminate (Troxell phase
Figure 00000031
), and when decomposed during further firing -
Figure 00000032
with the release of lime spent on the rest of the alumina with the formation of C 12 A 7 . Silica in the NAO is bound in C 2 S. To accelerate mineral formation, mineralizers, for example, fluorides, are introduced, which turns C 12 A 7 into C 11 A 7 Cf fluoromeenite or, in a reducing medium, into a sulfide derivative of mayenite
Figure 00000033
. It is possible to roast Belite Portland cement clinker from a raw mix with the addition of bauxite and gypsum, in which simultaneously
Figure 00000034
alite (С 3 S) is formed on the basis of interaction with lime belite released from the decomposing highly basic calcium sulfoaluminate - the mentioned Troxell phase [12], and such a sulfoaluminate clinker (of non-equilibrium composition, since C 3 S and
Figure 00000035
thermodynamically incompatible) with the addition of 6% gypsum makes it possible to obtain high-strength expanding Portland cement of 550–600 grade with controlled expansion [18].

- Тип М (по фамилии основного автора - Виктора Васильевича Михайлова, СССР, идея в неопубликованных отчетах - 1935 г., первая публикация - 1941 г. , первое авторское свидетельство СССР - 1947 г. [19]) - продукт совместного помола или раздельного помола с последующим смешением портландцементного ингредиента, а именно портландцементного клинкера, или портландцемента, глиноземистого цемента (в России в настоящее время - глиноземистого шлака, в упомянутой работе [17] - приготовленных из последнего в варочном котле гидроалюминатов кальция) и гипсового ингредиента в примерном мас. соотношении 70 : (10 - 15) : (15 - 20). В первом варианте состава с гидроалюминатами кальция под названием водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) его производил в Москве Метрострой (1947 - 1976 гг.) для зачеканки взамен свинца водонепроницаемых швов между элементами чугунной или железобетонной обделки тоннелей метрополитенов (тюбингами). В другом варианте состава с глиноземистым цементом и добавкой асбеста без дополнительного введения гипса (только с тем гипсом, что содержится в портландцементе) под названием быстротвердеющий уплотняющий состав (БУС - Я.Н. Новиков и сотр., СССР, 1975) его продолжает производить в Москве Метрострой (с 1976 г.) для той же цели. В следующем варианте с повышенным содержанием глиноземистого цемента и гипса он представляет собой напрягающий цемент, рассматриваемый ниже. ВРЦ схватывается в течение нескольких минут и развивает начальную прочность при исходном В/Ц 0,25 - 0,3 благодаря моносульфату и без образования трисульфата, что всегда подчеркивал его основной автор - В.В. Михайлов. Образование моносульфата в качестве первой гидратной фазы связано с крупной кристаллизацией в варочном котле исходных САН10 и С3АН6 в расширяющем агенте и используемым в качестве матричного ингредиента среднеалитовым высокощелочным портландцементом, включающим в виде примесей соединения щелочных металлов - Na и К в пересчете на Na2O в количестве 0,8-1,1% массы клинкерного компонента указанного портландцементного ингредиента. Лишь при контакте материала зачеканенных ВРЦ швов между тюбингами с холодной водой, поступающей из окружающего грунта, в твердеющем цементном тесте из ВРЦ формируется трисульфат с увеличением объема твердой фазы и, расширяясь, запирает капиллярные поры. БУС одновременно образует моно- и трисульфат, но механизм запирания пор аналогичен описанному. К этому же типу расширяющихся цементов относится расширяющийся портландцемент (РПЦ, И.В. Кравченко, Ю.Ф. Саломатина-Кузнецова и др. , СССР, 1954 г. [5]) - продукт совместного помола ингредиентов (мас.%): алитового портландцементного клинкера, включающего более 7% С3А, 60 - 65, глиноземистого шлака 5-7, двуводного гипса 7 - 10 и активной минеральной добавки 20-25. РПЦ выпускался марки 400 (класса 32,5) с итоговой безусадочностью или расширением 0,03 - 0,1% на трех цементных заводах России в течение трех лет (с 1965 г.) как цемент, быстротвердеющий при пропаривании бетона (изотермический прогрев - всего 3 - 4 ч против 8 - 12 ч на обыкновенном портландцементе), но из-за наличия дорогостоящего глиноземистого ингредиента, сложности контроля состава четырехкомпонентной шихты помола и отсутствия постоянства свойств (недопустимо высокой дисперсии прочностных показателей) его производство было прекращено в 1968 г.).- Type M (by the name of the main author - Viktor Vasilievich Mikhailov, USSR, the idea in unpublished reports - 1935, the first publication - 1941, the first copyright certificate of the USSR - 1947 [19]) - a product of joint grinding or separate grinding with the subsequent mixing of the Portland cement ingredient, namely Portland cement clinker, or Portland cement, alumina cement (in Russia at present - alumina slag, in the aforementioned work [17] - prepared from the latter in a digester calcium hydroaluminates) and gypsum ingred cient to exemplary wt. ratio 70: (10 - 15): (15 - 20). In the first version of the composition with calcium hydroaluminates, called waterproof expanding cement (WRC), it was produced in Moscow by Metrostroy (1947 - 1976) to caulk instead of lead waterproof seams between elements of cast-iron or reinforced concrete lining of subway tunnels (tubing). In another version of the composition with alumina cement and asbestos additives without additional gypsum (only with the gypsum that is contained in Portland cement) under the name quick-hardening sealing composition (BUS - Y.N. Novikov et al., USSR, 1975), it continues to be produced in Moscow Metrostroy (since 1976) for the same purpose. In a further embodiment with a high content of alumina cement and gypsum, it is a tensile cement, as discussed below. The ARC sets in a few minutes and develops the initial strength with an initial W / D of 0.25 - 0.3 due to monosulfate and without the formation of trisulfate, which was always emphasized by its main author - V.V. Mikhailov. The formation of monosulfate as the first hydrate phase is associated with large-scale crystallization in the digester of the initial SAN 10 and C 3 AN 6 in an expanding agent and medium-high alkaline Portland cement used as a matrix ingredient, including alkali metal compounds Na and K in terms of Na impurities in terms of Na 2 O in an amount of 0.8-1.1% by weight of the clinker component of the specified Portland cement ingredient. Only upon contact of the material of the coiled VRC seams between the tubing with cold water coming from the surrounding soil, trisulfate is formed in the hardening cement test from the VRC with an increase in the volume of the solid phase and, expanding, closes the capillary pores. BEAD simultaneously forms mono- and trisulfate, but the pore locking mechanism is similar to that described. The expanding portland cement belongs to the same type of expanding cements (ROC, IV Kravchenko, Yu.F. Salomatina-Kuznetsova et al., USSR, 1954 [5]) - a product of co-grinding of ingredients (wt.%): Alite Portland cement clinker, comprising more than 7% C 3 A, 60 - 65, alumina slag 5-7, two-water gypsum 7 - 10 and active mineral additives 20-25. The Russian Orthodox Church was produced of grade 400 (class 32.5) with a total non-shrinkage or expansion of 0.03 - 0.1% at three cement plants in Russia for three years (since 1965) as cement that quickly hardened when steaming concrete (isothermal heating - total 3-4 hours versus 8-12 hours on ordinary Portland cement), but due to the presence of an expensive alumina ingredient, the difficulty of controlling the composition of the four-component batch mixture and the lack of constancy of properties (unacceptably high dispersion of strength indicators), its production was discontinued in 1968).

- Тип S (по фамилии Ганса Швите [Н. Е. Schwiete], Западная Германия, открывшего вместе с У до Людвигом в 1954 г. явление, заключающееся в том, что портландцемент с повышенным содержанием С3А - более 8% и двуводного гипса - более 6% по массе при относительно грубом помоле является практически почти безусадочным из-за образования повышенного количества и улучшения микроструктуры трисульфата [20] . Более четкая кристаллизация и увеличение средней длины волокон трисульфата повышают средний размер друз кристаллов трисульфата и соответственно - величину кристаллизационного давления, оказываемого упомянутыми друзами на подвижные элементы матрицы твердеющего цементного камня, что и приводит к росту расширения последнего. Безусадочный и расширяющийся цемент типа S - продукт совместного помола алюминатного портландцементного клинкера с повышенным количеством гипса и расширяющимся агентом на основе глиноземистых материалов различных видов: высокоалюминатных активных минеральных добавок - зол или шлаков с повышенным содержанием растворимого глинозема (Швите, Людвиг и сотр. , 1956 - см. в обзоре [21]), сырой или обожженной до дегидроксилирования алунитовой руды (упомянутой выше) и др. Эти цементы (в том числе с добавкой обожженного алунита) марки 400 (класс 32,5) с итоговым расширением до 0,03 - 0,3% производили периодически по 1 - 2 цементных завода в Германии и СССР, но в России в годы перестройки их промышленный выпуск прекратился и восстановился частично на новой сырьевой базе - высокоалюминатных сланцев, открытых в Северной Осетии [22].- Type S (by the name of Hans Schwiete [N. E. Schwiete], West Germany, who discovered together with U before Ludwig in 1954 the phenomenon that Portland cement with a high content of C 3 A is more than 8% and two-water gypsum - more than 6% by weight with relatively coarse grinding is almost non-shrinking due to the formation of an increased amount and an improvement in the microstructure of trisulfate.20 More precise crystallization and an increase in the average length of trisulfate fibers increase the average size of drusen trisulfate crystals and, accordingly, the value of the generalization pressure exerted by the mentioned drusen on the moving elements of the matrix of hardening cement stone, which leads to an increase in the expansion of the latter. active mineral additives - ash or slag with a high content of soluble alumina (Schwite, Ludwig et al. , 1956 - see the review [21]), raw or calcined prior to dehydroxylation of alunite ore (mentioned above), etc. These cements (including those with the addition of calcined alunite) grade 400 (class 32.5) with a total expansion to 0 , 03–0.3% were produced periodically by 1–2 cement plants in Germany and the USSR, but in Russia during the years of perestroika their industrial production ceased and partially restored on a new raw material base - high-aluminate shales discovered in North Ossetia [22].

В качестве расширяющего агента для безусадочного цемента типа S применяют также кристаллизационные компоненты ("кренты"), полученные из каолина, обработанного серной кислотой, или "красным гипсом" - сульфатом двухвалентного железа в смеси с серной кислотой - отходом производства пигментной двуокиси титана из ильменита (СаТiO3) сернокислотным способом. Они содержат глинозем- и сульфат- анионы и пригодны для производства расширяющегося цемента типа S. Этот цемент содержит, мас. ч.: портландцементный клинкер 80 - 90, крент 10 - 20 и при необходимости добавку гипса 5-10 [23] и его применяют для целей гидроизоляции тоннелей метрополитенов взамен БУС в Украине.Crystallization components (“krents”) obtained from kaolin treated with sulfuric acid or “red gypsum” - ferrous sulfate mixed with sulfuric acid - a waste product from the production of pigment titanium dioxide from ilmenite (also used as an expanding agent for non-shrinkable cement of type S) are also used. CaTiO 3 ) by the sulfuric acid method. They contain alumina and sulfate anions and are suitable for the production of expanding type S cement. This cement contains, by weight. h.: Portland cement clinker 80–90, krent 10–20 and, if necessary, the addition of gypsum 5–10 [23] and it is used for waterproofing subway tunnels instead of bus in Ukraine.

Из других расширяющих агентов, кроме трисульфата, известны также свежеобожженные оксиды кальция и магния, но расширяющиеся цементы на их основе используются для нестроительных целей. Так, на основе свежеобожженной извести создано невзрывчатое разрушающее вещество (НРВ). Оно отличается от строительной извести тем, что его обжигают при быстром нагревании и особо высокой температуре (1250 - 1550oС), чтобы обеспечить малые размеры кристаллов СаО в готовом НРВ - 10 - 15 мкм. Для использования НРВ бурят разрушаемую конструкцию, закладывают в разбуренные шпуры НРВ в сухом состоянии, добавляют воду при низком конечном мас. отношении воды к цементу (В/Ц) - около 0,15 - 0,2, и через 1 сутки окружающий бетон разрушается при расстоянии между шпурами 0,7-1 м (фирма "Онода - Сементо", Япония - с 1985, И.Г. Лугинина, СССР, с 1989 гг., см. обзор [17]).Of the other expanding agents, in addition to trisulfate, freshly calcined calcium and magnesium oxides are also known, but expanding cements based on them are used for non-building purposes. So, on the basis of freshly burnt lime, an non-explosive destructive substance (NRV) was created. It differs from building lime in that it is burned during rapid heating and at a particularly high temperature (1250 - 1550 o С) in order to ensure the small sizes of CaO crystals in the finished NRV - 10 - 15 microns. To use NRV, a destructible structure is drilled, laid in the drilled boreholes of the NRV in a dry state, water is added at a low final mass. the ratio of water to cement (W / C) is about 0.15 - 0.2, and after 1 day the surrounding concrete is destroyed when the distance between the holes is 0.7-1 m (Onoda-Semento company, Japan - since 1985, I .G. Luginina, USSR, since 1989, see review [17]).

О механизмах расширения цементов, включающих расширяющие агенты, нет единой точки зрения. Они могут быть классифицированы следующим образом: расширение происходит под влиянием: 1) кристаллизационного давления расширяющего агента; первым эту причину указал в цит. работе А. Лоссье по поводу трисульфата; это подтверждается также практикой изготовления и использования невзрывчатых разрушающих веществ; экспериментальная оценка величины локального кристаллизационного давления - 3 - 7 МПа (В.И. Хаимов-Мальков, СССР, 1966 г. ) свидетельствует о действии кумулятивного (накопительного) механизма; без накопления давления его величины недостаточно для расширения; 2) осмотического давления, развиваемого на мембраны (оболочки) из продуктов гидратации вокруг частиц цемента, под которыми находится слой внутренней жидкой фазы с высокой концентрацией продуктов растворения, а вокруг этих мембран (оболочек) находится внешняя жидкая фаза с пониженной концентрацией продуктов растворения; поэтому вода извне проникает внутрь мембран (оболочек), что и приводит к расширению цементного камня (этот механизм расширения впервые обнаружили на основе анализа экспериментальных данных С. Чаттерджи и Дж. У. Джеффри, Англия, 1966 г.; он был предсказан А.Е. Шейкиным и Т.Ю. Якуб в СССР в 1961 г.); экспериментальная оценка величины этого давления, выполненная И.Н. Ахвердовым с сотр. в СССР в 1961 г. - 4-5 МПа - также требует учета кумулятивного эффекта при расширении; 3) конверсии моносульфат --> трисульфат "в твердой фазе" (В.В. Михайлов, СССР, 1947 - цитированное авторское свидетельство [19]); согласно всем этим механизмам, прирост В/Ц должен вести к снижению величины расширения; так и происходит. По этому показателю до настоящего времени выбрать между указанными механизмами затруднительно. Комплексный механизм расширения на основе теории разбухания двойных электрических слоев посредством "осмотического впитывания воды заряженной поверхностью растущего кристалла", заменяющего, по мнению авторов, кристаллизационное давление, рассмотрен в работе [17]. On the mechanisms of expansion of cements, including expanding agents, there is no single point of view. They can be classified as follows: expansion occurs under the influence of: 1) crystallization pressure of the expanding agent; the first to indicate this reason in cit. A. Lossier's work on trisulfate; this is also confirmed by the practice of the manufacture and use of non-explosive destructive substances; an experimental estimate of the local crystallization pressure of 3–7 MPa (V.I. Khaimov-Malkov, USSR, 1966) indicates the effect of a cumulative (cumulative) mechanism; without the accumulation of pressure, its magnitude is not enough for expansion; 2) the osmotic pressure developed on the membranes (shells) of hydration products around cement particles, under which there is a layer of the internal liquid phase with a high concentration of dissolution products, and around these membranes (shells) there is an external liquid phase with a reduced concentration of dissolution products; therefore, water from outside penetrates into the membranes (shells), which leads to the expansion of cement stone (this expansion mechanism was first discovered on the basis of the analysis of experimental data by S. Chatterjee and J.W. Jeffrey, England, 1966; it was predicted by A.E. Sheikin and T.Yu. Yakub in the USSR in 1961); experimental assessment of the magnitude of this pressure, performed by I.N. Akhverdov with sotr. in the USSR in 1961 - 4-5 MPa - also requires taking into account the cumulative effect during expansion; 3) the conversion of monosulfate -> trisulfate "in the solid phase" (VV Mikhailov, USSR, 1947 - cited copyright certificate [19]); according to all these mechanisms, an increase in W / C should lead to a decrease in the magnitude of expansion; this is what is happening. According to this indicator, it is still difficult to choose between these mechanisms. A comprehensive expansion mechanism based on the theory of swelling of double electric layers by means of osmotic absorption of water by the charged surface of a growing crystal, which replaces, in the authors' opinion, crystallization pressure, was considered in [17].

В связи с большим числом действующих факторов общей теории механизма расширения цементов не существует. Т.В. Кузнецова (СССР, 1986 г. [24]) в качестве необходимых условий расширения первой перешла к геометрическому или, точнее, стереологическому подходу к этой теории: она отмечает одновременное появление: 1) общей для всего объема материала основы структуры, то есть полужесткой матрицы твердеющего цементного камня; 2) расширяющей фазы, соединенной с этой матрицей, в экспериментально подбираемом количестве. До момента удовлетворения обоих указанных условий расширение невозможно, так как пластические деформации коагуляционной основы, без частичной кристаллизации матрицы, его гасят. После частичной кристаллизации матрицы расширение начинается и продолжается до тех пор, пока энергия расширения больше энергии механической реакции матрицы на растяжение под действием расширяющего агента. Наличие матрицы обеспечивает упомянутый кумулятивный эффект. При этом напряжение расширения у расширяющихся цементов указанных типов находится по разным оценкам в пределах от 0,3 - 0,8 МПа - у РЦ типа S, 1,5 - 2 МПа - у РЦ типа М и 2,5 - 3,5 МПа - у РЦ типа К, а прочность цементного камня (матрицы) на растяжение при изгибе к 12 - 24 ч твердения - примерно на том же уровне. Это и объясняет расширение на уровне до 0,3 - 0,8% с последующей через 3-6 мес усадкой до результирующего расширения соответственно 0,1 - 0,4%. Due to the large number of operating factors, the general theory of the mechanism of expansion of cements does not exist. T.V. Kuznetsova (USSR, 1986 [24]), as the necessary conditions for the expansion of the first one, switched to a geometric or, more precisely, a stereological approach to this theory: she notes the simultaneous appearance of: 1) a structural basis common to the entire volume of material, that is, a semi-rigid matrix hardening cement stone; 2) an expanding phase connected to this matrix in an experimentally selected amount. Until both of these conditions are satisfied, expansion is impossible, since the plastic deformations of the coagulation base, without partial crystallization of the matrix, are quenched. After partial crystallization of the matrix, expansion begins and continues until the expansion energy is greater than the energy of the mechanical reaction of the matrix under tension under the action of the expanding agent. The presence of the matrix provides the mentioned cumulative effect. Moreover, the expansion stress for expanding cements of the indicated types is, according to various estimates, ranging from 0.3 - 0.8 MPa for type S RCs, 1.5 to 2 MPa for type M RCs and 2.5 to 3.5 MPa - for type K RCs, and the tensile strength of a cement stone (matrix) at bending by 12-24 h of hardening is approximately at the same level. This explains the expansion at the level of 0.3 - 0.8%, followed by shrinkage after 3-6 months to the resulting expansion, respectively 0.1 - 0.4%.

Что касается так называемого напрягающего цемента, то путем его использования В. В. Михайлов предполагал избежать образования трещин в растянутой зоне железобетонных элементов, например, плит перекрытий в зданиях, для чего необходимо предварительным сжатием (преднапряжением) цементного камня под влиянием напрягающего цемента компенсировать напряжения растяжения от внешней нагрузки. Для полной компенсации необходимо преднапряжение на уровне предела прочности бетона при растяжении, равного (для основных классов бетонов по прочности) от 1/7 до 1/10 прочности при сжатии, то есть от 1,5 до 6 МПа. Однако фактически уровень трещинообразования составляет около 0,65 - 0,7 разрушающей нагрузки, поэтому требуется компенсация лишь 0,3 - 0,35 предельной прочности бетона на растяжение, что позволяет вычислить требуемый уровень преднапряжения, равный: 0,35(1,5 - 6) = (0,53 - 2,1) МПа. Такой и более высокий уровень преднапряжения был действительно получен в бетоне на основе РЦ типа М, разработанных В.В. Михайловым и сотр. [19] под наименованием: напрягающие цементы (НЦ). Эти цементы представляют собой продукт совместного помола (мас.%) следующих ингредиентов: портландцементного клинкера (или портландцемента) 65 - 67, глиноземистого шлака моноалюминатного типа (или глиноземистого цемента) 18-22, гипса (двуводного) 13 - 15. Конечное расширение этого состава в цементном камне достигает 2,5%. Из сравнения с составом ВРЦ видно, что для повышения степени расширения и энергии самонапряжения в 1,5-2 раза потребовалось повышение содержания расширяющего агента - глиноземсодержащего ингредиента НЦ - всего на 3 - 5 мас.% за счет сокращения объема портландцементной матрицы. Дальнейший рост содержания глиноземсодержащего ингредиента, хотя и повышает энергию самонапряжения, но не столь заметно, а при его содержании 30% массы цемента и более начинает снижаться прочность цемента в целом. Экстремальный характер этой зависимости можно объяснить на основе стереологического подхода. Стереология - сравнительно новый (формально существующий с 1957 г. - после проведения в Берлине I Международного конгресса по стереологии) раздел математики, изучающий пространственные распределения фигур и тел и их свойства. Используется в изучении структур материалов. As for the so-called tensile cement, through its use V.V. Mikhailov supposed to avoid cracking in the stretched zone of reinforced concrete elements, for example, floor slabs in buildings, for which it is necessary to compensate tensile stresses by compressing (prestressing) the cement stone under the influence of tensile cement from external load. For full compensation, prestressing is necessary at the level of tensile strength of concrete equal to (for the main classes of concrete in strength) from 1/7 to 1/10 of compressive strength, that is, from 1.5 to 6 MPa. However, in fact, the level of cracking is about 0.65 - 0.7 of the breaking load, so compensation is only 0.3 - 0.35 of the ultimate tensile strength of concrete, which allows you to calculate the required level of prestressing equal to: 0.35 (1.5 - 6) = (0.53 - 2.1) MPa. Such and a higher level of prestressing was indeed obtained in concrete based on type M RCs developed by V.V. Mikhailov et al. [19] under the name: stress cements (SC). These cements are a joint grinding product (wt.%) Of the following ingredients: Portland cement clinker (or Portland cement) 65–67, monoaluminate alumina slag (or alumina cement) 18-22, gypsum (two-water) 13-15. The final expansion of this composition in cement stone reaches 2.5%. From a comparison with the composition of the WRC, it is seen that in order to increase the degree of expansion and the energy of self-stress by 1.5-2 times, it was necessary to increase the content of the expanding agent - the alumina-containing ingredient of the SC - by only 3 - 5 wt.% Due to the reduction in the volume of the Portland cement matrix. A further increase in the content of the alumina-containing ingredient, although it increases the energy of self-stress, is not so noticeable, and when it contains 30% of the cement mass or more, the strength of the cement as a whole begins to decrease. The extreme nature of this dependence can be explained on the basis of the stereological approach. Stereology is a relatively new (formally existing since 1957 - after the First International Congress on Stereology in Berlin) section of mathematics that studies the spatial distributions of figures and bodies and their properties. Used in the study of the structures of materials.

Переформулируем изложенные выше условия расширения цемента по Т.В. Кузнецовой в стереологическом смысле следующим образом. Первое условие - образования основы структуры - это формирование многосвязной матрицы, элементы которой заполняют объем цементного камня таким образом, что любая, произвольно проведенная линия (в общем случае объемная кривая) будет иметь отличную от нуля вероятность встречи с любыми двумя и/или тремя элементами матрицы. Под "связностью" понимается возможность провести хотя бы одну линию через любые выбранные наугад соседние элементы матрицы, причем эта линия также входит в состав матрицы всеми точками. Два и/или три элемента матрицы выбраны потому, что двусвязная в каждом своем элементе одномерная матрица - "змея" - является свободно деформируемой, трехсвязная в каждом элементе трехмерная матрица из стержней - "структура алмаза" и ее производные - абсолютно недеформируема, тогда как двух-с-половиной-связная в среднем, то есть смесь двумерной матрицы (с гибкими двусвязными одномерными элементами) и трехмерной матрицы (с многосвязными трехмерными областями) характеризует как раз искомое промежуточное, ограниченно деформируемое состояние (изгибаемый объем/поверхность). Второе условие - наличие к началу расширения требуемого количества расширяющего агента - равнозначно присутствию такого объема расширяющего агента, который одновременно оказывает расширяющее воздействие на весь объем матрицы. В противном случае проявится неравномерность изменения объема матрицы, что, как известно, вызывает трещинообразование. We reformulate the above conditions for the expansion of cement by T.V. Kuznetsova in the stereological sense as follows. The first condition - the formation of the base of the structure - is the formation of a multiply connected matrix, the elements of which fill the volume of the cement stone in such a way that any arbitrarily drawn line (generally a volume curve) will have a non-zero probability of meeting any two and / or three matrix elements . By "connectivity" is meant the ability to draw at least one line through any randomly selected neighboring matrix elements, and this line is also included in the matrix by all points. Two and / or three matrix elements are selected because the one-dimensional matrix doubly connected in each element — the “snake” - is freely deformable, the three-dimensional matrix of rods in each element — the “diamond structure” and its derivatives — is completely non-deformable, whereas two -c-half-connected on average, that is, a mixture of a two-dimensional matrix (with flexible biconnected one-dimensional elements) and a three-dimensional matrix (with multiply connected three-dimensional regions) characterizes the sought intermediate, boundedly deformed state (and bending volume / surface). The second condition - the presence at the beginning of expansion of the required amount of expanding agent - is equivalent to the presence of such a volume of expanding agent, which simultaneously has an expanding effect on the entire volume of the matrix. Otherwise, uneven changes in the volume of the matrix will appear, which, as you know, causes cracking.

Рассмотрим сначала первое из этих условий расширения. Согласно стереологической теореме А. Герланда (США, 1958 г. [25], см. на русском языке иной ее вывод по В.С. Маркину [26], или изложение вывода Герланда по К.С. Чернявскому [27] ), в двухфазной матрице произвольной толщины непрерывно протяженная односвязная фаза произвольной конфигурации проходит через весь объем матрицы в одном измерении (сквозь толщину матрицы, что эквивалентно пробою матрицы фильтрующейся жидкостью в терминах теории пенетрации) с вероятностью, отличной от нуля, при условии, что она занимает долю, равную не менее 20% общего объема матрицы. Из этой теоремы следует, во-первых, что для независимых встреч этой односвязной фазы с каждым из двух, в том числе смежных точечных элементов матрицы теорема Герланда выполняется при заполнении этой фазой не менее 0,2+0,2 = 0,4 объема матрицы. Таким образом, следствие 1 теоремы Герланда таково: условием кумуляции расширяющих напряжений в матрице является заполнение расширяющей фазой не менее 40% объема матрицы. По аналогии, для встречи с тремя смежными элементами матрицы, в общем случае не лежащими в одной плоскости, следствие 2 теоремы Герланда можно сформулировать так: условием образования жесткой структуры матрицы, останавливающей расширение, является заполнение матрицей не менее 60% объема системы. Под объемом системы здесь понимается сумма начальных объемов цемента и воды в материале на основе цемента. При В/Ц = 0,5 сумма удельных объемов цемента и воды, отнесенная к начальному объему цемента, составляет (0,5 • 3,15 + 1) : 1 = 2,58 (здесь 3,15 - отношение плотностей цемента и воды; уменьшение суммы удельных объемов исходных твердых фаз цемента и воды по сравнению с удельным объемом гидратов, называемое контракцией - в среднем около 10% по объему - не учитываем). Объем исходного цемента здесь составляет 1 : 2,58 = 0,39, то есть примерно 40% объема цементного камня. Расширяющая фаза должна заполнить не менее 40% от 60% оставшегося объема, то есть 24% объема цементного камня. Для этого объем гидратов должен составить 24 : 40 = 0,6 объема исходного цемента, а массовая минимальная степень гидратации Gmin цемента, соответствующая этому, с учетом средней плотности гидратов 2,67 г/см3 и средней пористости их 30%, вычисляется из соотношения:
(3,15 : 2,67) • 1,3Gmin= 0,6; Gmin = 0,6 : (3,15 : 2,67) : 1,3 = 0,39 ≅ 40%.
We first consider the first of these expansion conditions. According to the stereological theorem of A. Gerland (USA, 1958 [25], see in Russian its other conclusion according to V. S. Markin [26], or a statement of Gerland's conclusion according to KS Chernyavsky [27]), in a two-phase matrix of arbitrary thickness, a continuously extended simply connected phase of arbitrary configuration passes through the entire volume of the matrix in one dimension (through the thickness of the matrix, which is equivalent to the breakdown of the matrix by a filtered liquid in terms of penetration theory) with a probability different from zero, provided that it occupies a fraction equal to not less than 20% of the total ma Ritsa. From this theorem it follows, firstly, that for independent meetings of this simply connected phase with each of two, including adjacent point elements of the matrix, the Gerland theorem is fulfilled when this phase is filled with at least 0.2 + 0.2 = 0.4 of the matrix volume . Thus, Corollary 1 of Gerland's theorem is as follows: the condition for the cumulation of expansion stresses in the matrix is that at least 40% of the matrix volume is filled with the expansion phase. By analogy, to meet with three adjacent matrix elements, generally not lying on the same plane, Corollary 2 of Gerland's theorem can be formulated as follows: the condition for the formation of a rigid matrix structure that stops expansion is that the matrix is filled with at least 60% of the system volume. By system volume here is meant the sum of the initial volumes of cement and water in a cement-based material. When W / C = 0.5, the sum of the specific volumes of cement and water, referred to the initial volume of cement, is (0.5 • 3.15 + 1): 1 = 2.58 (here 3.15 is the ratio of the density of cement and water ; the decrease in the sum of the specific volumes of the initial solid phases of cement and water compared with the specific volume of hydrates, called contraction - on average about 10% by volume - is not taken into account). The volume of the initial cement here is 1: 2.58 = 0.39, i.e. approximately 40% of the volume of cement stone. The expanding phase should fill at least 40% of 60% of the remaining volume, i.e. 24% of the volume of cement stone. For this, the volume of hydrates should be 24: 40 = 0.6 of the volume of the initial cement, and the mass minimum degree of hydration G min of cement, corresponding to this, taking into account the average density of hydrates of 2.67 g / cm 3 and their average porosity of 30%, is calculated from ratios:
(3.15: 2.67) • 1.3G min = 0.6; G min = 0.6: (3.15: 2.67): 1.3 = 0.39 ≅ 40%.

Итак, уровень степени гидратации портландцементного ингредиента, равный 40%, соответствует построению гибкой матрицы без образования многоводных гидратов -

Figure 00000036
и
Figure 00000037
. Если учесть, что пористость многоводных гидратов в 1,5 раза больше средней пористости маловодных гидратов, равной примерно 30%, то есть составляет 45%, а средняя плотность трисульфата 1,775 г/см3, кажущиеся удельные объемы много- и маловодных гидратов относятся как [(1 : 1,775) • 1,45] : [(1 : 2,67) • 1,3] = 1,667; следовательно, 20 об.% расширяющейся фазы в составе новообразований соответствует 20 : 1,667 = 12% по массе. Считая массовое отношение
Figure 00000038
в портландцементе в среднем равным около [1+3•1]: 10, то есть 0,4, при степени реакции
Figure 00000039
около 0,7, значениях степеней гидратации через 3 суток С3А 40% и С3S 30% и, пренебрегая контракцией, получаем, что содержание расширяющей фазы (трисульфата и его аналогов, обозначаемых кратко AFt-фазы) в новообразованиях обычного портландцемента к концу первых трех дней твердения составляет примерно: {[1 • 0,4 + 3 • 1] • 0,7} : [10 • 0,3] = 0,79 по объему. Это дало основание О.П. Мчедлов - Петросяну (СССР [Украина], 1967 г.) справедливо утверждать, что начальная прочность портландцемента (в возрасте до 3 суток) определяется трисульфатной (эттрингитной) матрицей, для расширения которой имеется свободный объем пор, что и не позволяет расширению проявиться (А.Е. Шейкин, 1967 г.).So, the level of hydration of the Portland cement ingredient, equal to 40%, corresponds to the construction of a flexible matrix without the formation of high-water hydrates -
Figure 00000036
and
Figure 00000037
. If we consider that the porosity of high-water hydrates is 1.5 times higher than the average porosity of low-water hydrates, which is approximately 30%, that is, 45%, and the average density of trisulfate is 1.775 g / cm 3 , the apparent specific volumes of high- and low-water hydrates are related as [ (1: 1.775) • 1.45]: [(1: 2.67) • 1.3] = 1.667; therefore, 20 vol.% of the expanding phase in the composition of neoplasms corresponds to 20: 1.667 = 12% by mass. Considering the mass ratio
Figure 00000038
in Portland cement an average of about [1 + 3 • 1]: 10, that is, 0.4, with the degree of reaction
Figure 00000039
about 0.7, the values of the degrees of hydration after 3 days C 3 A 40% and C 3 S 30% and, neglecting contraction, we find that the content of the expanding phase (trisulfate and its analogues, denoted by AFt-phase) in neoplasms of ordinary Portland cement the end of the first three days of hardening is approximately: {[1 • 0.4 + 3 • 1] • 0.7}: [10 • 0.3] = 0.79 by volume. This gave rise to O.P. Mchedlov - Petrosyan (USSR [Ukraine], 1967) it is fair to say that the initial strength of Portland cement (up to 3 days old) is determined by the trisulfate (ettringite) matrix, for the expansion of which there is a free pore volume, which does not allow the expansion to appear (A .E. Sheikin, 1967).

При учете многоводных гидратов минимальная степень гидратации цемента для создания гибкой матрицы на самом деле существенно меньше - а именно 40% : 1[(0,79 • 1,45) : (0,21 • 1,3)] = 9,5%. Здесь 1,45 и 1,3 - значения коэффициентов прироста пористости, выраженной в долях единицы, для фаз много- и маловодных гидратов соответственно. Известно, что степень гидратации портландцементного ингредиента части РЦ, близкая к 10%, достигается несколько позднее конца схватывания - обычно к исходу первых 12 ч твердения. Это и есть срок выполнения указанных стереологических условий. Вот почему расширение цемента и начинается примерно через 12 ч после затворения водой. При более тонком помоле цемента для начала расширения требуется повышенное количество расширяющего агента, так как повышенная степень гидратации портландцементного (клинкерного) ингредиента цемента при тонком помоле последнего снижает среднее водосодержание в гидратных оболочках и уплотняет их, что приводит к снижению значений упомянутых коэффициентов и соответственно - к задержке начала и снижению конечной величины расширения. When taking into account hydrated hydrates, the minimum degree of cement hydration to create a flexible matrix is actually substantially less - namely 40%: 1 [(0.79 • 1.45): (0.21 • 1.3)] = 9.5% . Here, 1.45 and 1.3 are the values of the coefficients of the increase in porosity, expressed in fractions of a unit, for the phases of multi- and low-water hydrates, respectively. It is known that the degree of hydration of the Portland cement ingredient of a portion of RC close to 10% is achieved somewhat later than the setting time, usually by the end of the first 12 hours of hardening. This is the deadline for fulfilling these stereological conditions. That is why the expansion of cement begins about 12 hours after mixing with water. With finer grinding of cement, an increased amount of expanding agent is required to start expansion, since an increased degree of hydration of the Portland cement (clinker) cement ingredient when finely grinding the latter reduces the average water content in hydrated shells and compacts them, which leads to a decrease in the values of the mentioned coefficients and, accordingly, to delayed onset and reduced final magnitude of expansion.

Аналогичный расчет на основе упомянутого следствия 2 теоремы Герланда для образования жесткой матрицы показывает, что жесткая структура должна заполнить не менее 60% от 60% оставшегося объема, то есть 36% общего объема. Для этого объем гидратов должен составить 36 : 40 = 0,9 объема исходного цемента. Требуемая степень гидратации (G) последнего без учета прироста количества многоводных гидратов, которые уже успели сформироваться, равна: G = 0,9 : (3,15 : 2,67) : 1,3 = 59%, то есть примерно 60% максимально возможной массы гидратных новообразований. Прирост G по сравнению с необходимым для образования гибкой матрицы должен составлять не менее 20% только за счет внешних (то есть расположенных снаружи от исходных частиц цемента) маловодных гидратов, количество которых должно достигнуть: 9,5 + 20 = 29,5, или примерно 30%. Однако, в расчете степени гидратации приходится учитывать и неизбежное образование внутренних (в пределах прежних границ частиц цемента) гидратов, которые непосредственно не участвуют в формировании матрицы. При В/Ц = 0,5 соотношение внешних и внутренних гидратов по массе равно примерно 1 : 0,6. Следовательно, требуемая степень гидратации должна быть выше найденной расчетной в (1 + 0,6) : 1 = 1,6 раза, то есть составлять 30 • 1,6 = 48%, или около 50% (точность расчета - не более 10%). В твердеющем портландцементе с В/Ц около 0,5 такая степень гидратации клинкерной части достигается в среднем за две недели. Учитывая дополнительно, что в составе РЦ портландцементный клинкер гидратируется быстрее, чем в портландцементе благодаря связыванию гидролитической извести в многоводных гидратах, а содержание последних примерно вдвое больше, чем в портландцементе (что снижает требуемую степень гидратации для образования жесткой матрицы с 50 до 40%), следует заключить, что жесткая матрица НЦ создается примерно через 7-14 суток твердения. Именно поэтому его расширение обычно стабилизируется к этому времени. A similar calculation based on the aforementioned Corollary 2 of Gerland's theorem for the formation of a rigid matrix shows that a rigid structure should fill at least 60% of 60% of the remaining volume, i.e. 36% of the total volume. For this, the volume of hydrates should be 36: 40 = 0.9 of the volume of the original cement. The required degree of hydration (G) of the latter, without taking into account the increase in the number of high-water hydrates that have already formed, is: G = 0.9: (3.15: 2.67): 1.3 = 59%, i.e. approximately 60% as much as possible possible mass of hydrated neoplasms. The increase in G compared with the necessary for the formation of a flexible matrix should be at least 20% only due to external (i.e. located outside the original cement particles) low-hydrates, the amount of which should reach: 9.5 + 20 = 29.5, or approximately thirty%. However, in calculating the degree of hydration, one must also take into account the inevitable formation of internal (within the previous boundaries of cement particles) hydrates, which do not directly participate in the formation of the matrix. When W / C = 0.5, the ratio of external and internal hydrates by weight is approximately 1: 0.6. Therefore, the required degree of hydration should be higher than the calculated value by (1 + 0.6): 1 = 1.6 times, that is, 30 • 1.6 = 48%, or about 50% (calculation accuracy - not more than 10% ) In hardening Portland cement with a W / C of about 0.5, this degree of hydration of the clinker part is achieved on average in two weeks. Considering in addition that in the composition of RCs, Portland cement clinker hydrates faster than in Portland cement due to the binding of hydrolytic lime in high-water hydrates, and the content of the latter is approximately two times higher than in Portland cement (which reduces the required degree of hydration for the formation of a rigid matrix from 50 to 40%), it should be concluded that the rigid matrix of the SC is created after about 7-14 days of hardening. That is why its expansion is usually stabilized by this time.

Рассмотрим второе условие расширения по Т.В. Кузнецовой [24] - условие собственно самонапряжения. С учетом включаемого матрицей объема частиц исходного цемента доля объема твердой части составляет: (1 + 0,9): 2,58 = 0,736 = около 74% общего объема, что соответствует 26% капиллярной пористости. Если считать расширяющий агент фазой Герланда, "пробивающей всю структуру", то самонапряжение соответствует условию образования расширяющей фазы в количестве (0,2+0,2+0,2) • 74 = 44,4 об.% ≅ 45 об.% твердой части, или 45 • 0,74 = 33% общего объема. Отсюда следствие 3 теоремы Герланда: в том же приближении необходимое для самонапряжения минимальное содержание в цементе расширяющего агента составляет 33 : 1,667 = 19,7% ≅ 20% по массе. Этот теоретический результат действительно соответствует составам НЦ, используемым на практике. Consider the second expansion condition by T.V. Kuznetsova [24] is a condition of self-tension proper. Taking into account the volume of particles of the initial cement included in the matrix, the volume fraction of the solid part is: (1 + 0.9): 2.58 = 0.736 = about 74% of the total volume, which corresponds to 26% of capillary porosity. If the expanding agent is considered the Gerland phase “breaking through the entire structure”, then the self-tension corresponds to the condition for the formation of the expanding phase in the amount of (0.2 + 0.2 + 0.2) • 74 = 44.4 vol.% ≅ 45 vol.% Solid parts, or 45 • 0.74 = 33% of the total volume. Hence, Corollary 3 of Gerland’s theorem: in the same approximation, the minimum content of expanding agent necessary for self-stress in cement is 33: 1.667 = 19.7% ≅ 20% by weight. This theoretical result really corresponds to the compositions of SC used in practice.

Таким образом, теоретически установлены два критерия самонапряжения цементов (два необходимых и достаточных условия): 1) доля внешних основных гидратов в общем объеме системы цемент - вода - не менее 30 об.% (если матрица создается только портландцементным ингредиентом, то минимальная требуемая степень гидратации его клинкерной части - 50 мас.%, в составах НЦ - около 40 мас. %); 2) содержание расширяющего (напрягающего) агента - не менее 20 мас. %. При этом учтено, что часть расширяющего агента участвует в создании общей матрицы структуры. Стереологический подход позволяет аналогичным образом рассчитать состав РЦ и НЦ с другими расширяющими агентами, а также других расширяющихся и напрягающих вяжущих веществ. Thus, two criteria for self-stressing of cements have been theoretically established (two necessary and sufficient conditions): 1) the proportion of external main hydrates in the total volume of the cement-water system is at least 30 vol.% (If the matrix is created only by Portland cement ingredient, then the minimum required degree of hydration its clinker part - 50 wt.%, in the composition of the SC - about 40 wt.%); 2) the content of the expanding (straining) agent is not less than 20 wt. % At the same time, it was taken into account that part of the expanding agent is involved in the creation of a common structure matrix. The stereological approach allows us to similarly calculate the composition of RC and SC with other expanding agents, as well as other expanding and annoying binders.

В настоящее время цементной промышленностью периодически выпускаются напрягающие цементы с энергией расширения (самонапряжением) 10, 20, 40 кГс/см2, подразделяемые на типы НЦ- 10, НЦ-20 и НЦ-40 (по ТУ 21-20-43-80 "Цемент расширяющийся с самонапряжением" - первый тип, по ТУ 21-20-18-80 "Цемент напрягающий" - остальные типы) в соответствии с содержанием расширяющего агента, оцениваемым, в частности, по соотношению Аl2O3/SO3 в готовом НЦ, равному 2,3 - 2,4 для НЦ - 10, 1,8 - 2,1 для НЦ-20 и 1,4 - 1,8 для НЦ-40. Выпускались также опытные партии НЦ-60. Однако, учитывая реальную нужду в НЦ только двух первых типов, так как этого достаточно для нераскрытия трещин в растянутой зоне железобетонных конструкций (см. выше), а также сложности выпуска двух других типов НЦ и относительную нестабильность их характеристик при хранении, обычно ограничиваются применением НЦ-10 и НЦ-20. Цветной НЦ в Казахстане Сас - Тюбинским цемзаводом под руководством Г.И. Чистякова изготавливался следующего состава (мас.%): белого или отбеленного портландцементного клинкера 65-75, САК 10-15 и гипсового камня 3,7-5 (в пересчете на SO3). Цемент соответствовал техническим требованиям согласно ТУ 21-20-40-80 и удовлетворял по цветовым характеристикам требованиям ГОСТ 15825-80 "Портландцемент цветной. ТУ". Нецветной НЦ используется для изготовления водонепроницаемых бетонных и железобетонных слоев и элементов в строительстве метрополитенов в ряде городов стран СНГ, в частности, в Москве, Минске, Санкт-Петербурге, Новосибирске, для бетонирования безрулонных (бетонных) кровель жилых зданий в Москве, Алма-Ате и др. городах, для строительства и гидроизоляции плавательных бассейнов в России, Белоруссии, Казахстане, на Украине, а также в США, в том числе бассейнов и соляриев на плоских перекрытиях высотных зданий в Чикаго и Детройте (США), для гидроизоляции и обеспечения водонепроницаемости спортивных арен ряда стадионов во многих странах СНГ и в США. Суммарный объем выпуска НЦ всех видов во всем мире за два последних десятилетия, однако, невелик - всего около 200 тыс. т, из них 3/4 в нашей стране. Этого, с учетом ограниченности сырьевых ресурсов для потребного количества расширяющих агентов, пока недостаточно, чтобы заинтересовать в указанном материале крупные архитектурные фирмы и мастеров архитектуры мирового класса.Currently, the cement industry periodically produces tensile cements with an expansion energy (self-stress) of 10, 20, 40 kgf / cm 2 , subdivided into types NTs-10, NTs-20 and NTs-40 (according to TU 21-20-43-80 " Expanding self-stressing cement "- the first type, according to TU 21-20-18-80" Stressing cement "- other types) in accordance with the content of the expanding agent, evaluated, in particular, by the ratio of Al 2 O 3 / SO 3 in the finished SC equal to 2.3 - 2.4 for the SC - 10, 1.8 - 2.1 for the SC-20 and 1.4 - 1.8 for the SC-40. Experimental batches of NTs-60 were also produced. However, taking into account the real need for SCs of only the first two types, since this is sufficient for not opening cracks in the stretched zone of reinforced concrete structures (see above), as well as the difficulty in producing two other types of SCs and the relative instability of their characteristics during storage, they are usually limited by the use of SCs -10 and NC-20. Color Scientific Center in Kazakhstan Sas - Tyubinsky cement plant under the direction of G.I. Chistyakova was made in the following composition (wt.%): White or bleached Portland cement clinker 65-75, SAK 10-15 and gypsum stone 3.7-5 (in terms of SO 3 ). Cement met the technical requirements according to TU 21-20-40-80 and in terms of color characteristics met the requirements of GOST 15825-80 "Portland cement colored. TU". The non-colored NTs is used for the manufacture of waterproof concrete and reinforced concrete layers and elements in the construction of subways in a number of cities of the CIS countries, in particular, in Moscow, Minsk, St. Petersburg, Novosibirsk, for concreting roll-free (concrete) roofs of residential buildings in Moscow, Almaty and other cities, for the construction and waterproofing of swimming pools in Russia, Belarus, Kazakhstan, Ukraine, as well as in the USA, including swimming pools and tanning salons on flat ceilings of tall buildings in Chicago and Detroit (USA), for hydro isolation and waterproofing of sports arenas of a number of stadiums in many CIS countries and in the USA The total output of SCs of all kinds around the world over the past two decades, however, is small - only about 200 thousand tons, of which 3/4 in our country. This, given the limited raw materials for the required number of expanding agents, is not yet enough to interest large architectural firms and world-class architecture masters in this material.

Изложенное свидетельствует, что известное из уровня техники содержание расширяющего агента в составе расширяющихся и безусадочных цементов, сложившееся в настоящее время в выпускаемых в промышленных масштабах расширяющихся и безусадочных цементах и теоретически обоснованное, в среднем составляет 20 мас.% для напрягающих и 14 - 16 мас.% для безусадочных цементов. Поскольку в настоящее время средняя стоимость расширяющих агентов примерно в 4 - 5 раз выше средней стоимости портландцемента, то расширяющиеся цементы дороже портландцемента в среднем в [(4 ... 5)• 0,2 + 1 • 0,8]:1= 1,6 ... 1,8 раза, а безусадочные цементы - в среднем в [(4 ... 5)•(0,14 ... 0,16)+1 •(0,86 ... 0,84)] : 1= 1,42 ... 1,6 раза. Это значительно ограничивает их применение и, во всяком случае, исключает их использование в качестве цементов общестроительного назначения. Кроме того, выработка этих ценных цементов на единицу массы расширяющего агента - всего лишь 1 : 0,2 = 5 единиц массы для напрягающего цемента и 1 : (0,14 ... 0,16) =7,1 ... 6,25 единиц массы для безусадочного цемента. Учитывая, что в России глиноземистый шлак - основной материал для расширяющего агента - вырабатывается из бокситов в домнах, пущенных в эксплуатацию еще в 1939 г. и к настоящему времени полностью амортизированных, а во многих европейских странах собственные бокситовые месторождения отсутствуют, исходный материал для выработки расширяющихся агентов приходится ввозить из-за границы, то критическое значение приобретает расход расширяющего агента в составе расширяющего и безусадочного цементов, тем более, что и практически, и теоретически из уровня техники и существующей теории не видно возможности уменьшения расхода расширяющего агента. Это является основным недостатком расширяющихся и безусадочных цементов, известных из уровня техники. The above indicates that the content of the expanding agent known in the prior art as a part of expanding and non-shrinking cements, prevailing at present in industrially expanding and non-shrinking cements and theoretically justified, averages 20 wt.% For stress and 14 to 16 wt. % for non-shrinking cements. Since the average cost of expanding agents is currently about 4-5 times higher than the average cost of Portland cement, expanding cements are more expensive than Portland cement on average in [(4 ... 5) • 0.2 + 1 • 0.8]: 1 = 1 , 6 ... 1.8 times, and non-shrinking cements - on average in [(4 ... 5) • (0.14 ... 0.16) +1 • (0.86 ... 0.84 )]: 1 = 1.42 ... 1.6 times. This significantly limits their use and, in any case, excludes their use as general-purpose cements. In addition, the production of these valuable cements per unit mass of the expanding agent is only 1: 0.2 = 5 mass units for stress cement and 1: (0.14 ... 0.16) = 7.1 ... 6, 25 units of mass for non-shrink cement. Given that in Russia, alumina slag, the main material for the expanding agent, is produced from bauxite in blast furnaces that were put into operation back in 1939 and are currently fully amortized, and in many European countries there are no bauxite deposits of their own, the source material for the development of expanding agents have to be imported from abroad, the consumption of an expanding agent as part of an expanding and non-shrinkable cement is of critical importance, especially since both practically and theoretically from the prior art and the existing theory does not see the possibility of reducing the consumption of the expanding agent. This is a major disadvantage of expanding and non-shrink cements known in the art.

Известен безусадочный портландцемент, включающий в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, молотый портландцементный клинкер, или портландцемент, а также расширяющий агент и органическую добавку [28], характеризующийся тем, что он содержит в качестве расширяющего агента глиноземистый цемент, а в качестве органической добавки - эфиры целлюлозы, конкретно метилцеллюлозу или карбоксиметилцеллюлозу, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Расширяющий агент - 13 - 19
Органический ингредиент - 0,01 - 1
Матричный ингредиент - портландцементный клинкер или портландцемент - Остальное
Наиболее близким к предлагаемому изобретению в части состава гидравлического вяжущего (прототипом) является гидравлическое вяжущее, включающее портландцемент и/или его разновидности и/или продукт совместного или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а также расширяющую добавку, содержащую компоненты: минеральный: сульфоалюминат кальция

Figure 00000040
, или моноалюминат кальция СА, или майенит С12А7 или смесь указанных минералов с мольным отношением С/А менее 3, а также сульфат кальция в форме ангидрита С
Figure 00000041
или гипса С•SH2 в массовом соотношении с сульфоалюминатом или алюминатом кальция примерно 1 : 2, и органический - любой жидкий гидрофобизатор и, кроме того, дополнительно включающий доменный гранулированный шлак в качестве демпферного ингредиента, регулирующего расширение [31], при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:
Расширяющая добавка: минеральный компонент - 9 - 60
Расширяющая добавка: органический компонент - 0,1- 1,5
Доменный гранулированный шлак - 20 - 88
Матричный ингредиент - портландцементный клинкер или портландцемент - Остальное
Главным недостатком указанного вяжущего является высокий расход расширяющегося агента, хотя в минимуме (9,1 мас.%) он соответствует допустимому.Known non-shrink Portland cement, including ground Portland cement clinker, or Portland cement, as well as an expanding agent and an organic additive [28], characterized in that it contains alumina cement as an expanding agent, and as an organic additive, is a shrinkable Portland cement. cellulose ethers, specifically methyl cellulose or carboxymethyl cellulose, in the following ratio of components (wt.%):
Expanding Agent - 13 - 19
Organic Ingredient - 0.01 - 1
Matrix ingredient - Portland cement clinker or Portland cement - Else
Closest to the proposed invention in terms of the composition of the hydraulic binder (prototype) is a hydraulic binder, including Portland cement and / or its varieties and / or a product of joint or separate followed by mixing of grinding Portland cement clinker and gypsum stone, as well as an expanding additive containing components: mineral : calcium sulfoaluminate
Figure 00000040
or calcium monoaluminate CA, or C 12 A 7 mayenite or a mixture of these minerals with a C / A molar ratio of less than 3, as well as calcium sulfate in the form of anhydrite C
Figure 00000041
or gypsum С • SH 2 in a mass ratio with calcium sulfoaluminate or calcium aluminate is about 1: 2, and organic - any liquid water-repellent agent and, in addition, additionally including blast furnace granulated slag as a damping ingredient that regulates expansion [31], in the following ratio of these components, wt.%:
Expanding additive: mineral component - 9 - 60
Expanding additive: organic component - 0.1-1.5
Granulated blast furnace slag - 20 - 88
Matrix ingredient - Portland cement clinker or Portland cement - Else
The main disadvantage of this binder is the high consumption of expanding agent, although at a minimum (9.1 wt.%) It corresponds to the permissible.

Задачей настоящего изобретения в части состава вяжущего является коренное снижение содержания расширяющей добавки в указанном вяжущем, позволяющего обеспечить расширение, или, по крайней мере, безусадочность последнего. Такое снижение позволяет решающим образом увеличить объем внедрения указанного вяжущего в строительном комплексе. The objective of the present invention in terms of the composition of the binder is a radical reduction in the content of the expanding additive in the specified binder, allowing for the expansion, or at least the shrinkage of the latter. Such a reduction allows a decisive increase in the volume of introduction of the specified binder in the construction complex.

Указанная задача решается тем, что в гидравлическом вяжущем, являющемся продуктом совместного или раздельного с последующим смешением помола матричного ингредиента и расширяющей добавки, включающее в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцемент и/или его разновидности - продукты совместного и/или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а в качестве расширяющей добавки - смесь, содержащую компоненты: минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, органический компонент содержит жирную кислоту высшую и дополнительно ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер имеет состав, мас.%:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20 - 65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15 - 3,0
Двухкальциевый силикат - 0,5 - 55
Монокальциевый алюминат - 1 - 5
Ангидрит - 3 - 10
Примеси - Остальное
при мас. соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компоенента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1 : 0,025 - 0,3: 0,02 - 0,2 соответственно, при следующем мас. соотношении в указанном вяжущем портландцементного клинкера, гипсового камня в пересчете на триоксид серы и указанной расширяющей добавки 100: 2-4: 1,5-4.
This problem is solved in that in a hydraulic binder, which is a product of joint or separate, followed by mixing the grinding of the matrix ingredient and expanding additives, including Portland cement and / or its varieties - products of joint and / or separate followed by mixing as a matrix ingredient providing strength grinding Portland cement clinker and gypsum stone, and as an expanding additive - a mixture containing components: mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, the organic component contains a higher and additional aromatic acid, and the sulfoaluminate clinker has a composition, wt.%:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20 - 65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15 - 3.0
Dicalcium silicate - 0.5 - 55
Monocalcium Aluminate - 1 - 5
Anhydrite - 3 - 10
Impurities - Rest
at wt. the ratio in the composition of the specified additives specified mineral component and each of these acids in the organic component 1: 0.025 - 0.3: 0.02 - 0.2, respectively, with the following wt. the ratio in the specified binder of Portland cement clinker, gypsum stone in terms of sulfur trioxide and the specified expanding additives 100: 2-4: 1,5-4.

Сущность изобретения в части состава указанного цемента заключается в том, что входящая в него расширяющая добавка включает органические составляющие, которые, в отличие от имеющихся в цементе по прототипу, осуществляют: ароматическая кислота - травление алюминатных составляющих добавки и портландцементного клинкера, приводящее к ускоренному выделению их части в адсорбционный слой; высшая жирная кислота - защиту выделившихся в адсорбционный слой алюминатоорганических комплексов от агентов атмосферы - влаги и углекислоты. Поскольку алюминатные составляющие указанных добавки и портландцементного клинкера характеризуются нестехиометрическими составами и соответственно неравновесными кристаллическими решетками, указанное травление приводит к резкому ускорению взаимодействия их с водой после затворения последней готового цемента, а также к соответственному уменьшению размеров зародышей и кристаллов расширяющейся фазы и к их распределению по всей поверхности вяжущего вдоль абсорбционного слоя органики практически с самого начала процесса твердения. Упомянутые выше стереологические условия расширения по Герланду в данном случае выполняются при единственном условии, что вся поверхность вяжущего занята тончайшим сетчатым слоем расширяющейся фазы. В этом случае никакая линия, проходящая сквозь объем цементного камня, не сможет миновать такую фазу. Обратное утверждение также верно: ни одна точка указанного объема не может избежать участия в деформациях, вызванных расширяющейся фазой, распределенной указанным образом. При этой новой ячеечной стереологической схеме размещения расширяющейся фазы в цементе согласно изобретению потребный для достижения безусадочности последнего расход расширяющей добавки, установленный опытным путем, составляет 1,5-4% массы вяжущего. Это в несколько раз ниже предусматриваемого согласно прототипу и определяет принципиальную новизну как состава указанного цемента, так и механизма его расширения. Указанный состав обеспечивает охват расширяющей фазой в виде ячеистой системы всех участков цементной матрицы, образующейся в твердеющем цементном камне. Все вновь возникающие гидраты, в том числе расширяющиеся многоводные, растут внутри соприкасающихся оболочек из указанной гидрофобизированной ячеистой сетки, "наброшенной" при совместном помоле или раздельном помоле с последующим смешением на все частицы матричного ингредиента цемента и далее расширяющейся вместе с ростом объема геля многоводных гидратов и его кристаллизацией. Срастание гидратов и образование связной матрицы цементного камня происходит в данном случае сквозь ячейки упомянутой сетки. Совокупность этих процессов и является причиной начального расширения и последующей безусадочности цемента согласно изобретению при указанном крайне малом расходе расширяющего агента, неожиданном по сравнению с известным уровнем техники. The essence of the invention in terms of the composition of the specified cement is that the expanding additive included in it includes organic components, which, in contrast to the prototype available in cement, carry out: aromatic acid - etching of aluminate components of the additive and Portland cement clinker, leading to their accelerated release parts in the adsorption layer; Higher fatty acid - protection of organoaluminate complexes released into the adsorption layer from atmospheric agents - moisture and carbon dioxide. Since the aluminate components of these additives and Portland cement clinker are characterized by non-stoichiometric compositions and, accordingly, nonequilibrium crystal lattices, this etching leads to a sharp acceleration of their interaction with water after mixing of the last finished cement, as well as to a corresponding decrease in the size of the nuclei and crystals of the expanding phase and their distribution throughout the surface of the binder along the absorption layer of organic matter almost from the very beginning of the hardening process. The stereological conditions of Gerland expansion mentioned above in this case are satisfied under the only condition that the entire surface of the binder is occupied by the thinnest net layer of the expanding phase. In this case, no line passing through the volume of the cement stone can pass this phase. The converse statement is also true: no point of the indicated volume can avoid participation in the deformations caused by the expanding phase distributed in this way. With this new cell-like stereological scheme of the arrangement of the expanding phase in the cement according to the invention, the consumption of the expanding additive required by experiment to achieve the stability of the latter is 1.5-4% by weight of the binder. This is several times lower than that provided for according to the prototype and determines the fundamental novelty of both the composition of the specified cement and its expansion mechanism. The specified composition provides coverage of the expanding phase in the form of a cellular system of all sections of the cement matrix formed in the hardening cement stone. All newly emerging hydrates, including expanding high-water ones, grow inside adjoining shells from the indicated hydrophobized wire mesh, “thrown” during joint grinding or separate grinding, followed by mixing all particles of the matrix cement ingredient and then expanding along with the increase in gel volume of high-water hydrates and its crystallization. Coalescence of hydrates and the formation of a coherent matrix of cement stone occurs in this case through the cells of the aforementioned mesh. The combination of these processes is the reason for the initial expansion and subsequent shrinkage of the cement according to the invention at the indicated extremely low consumption of expanding agent, unexpected in comparison with the prior art.

При меньшем содержании суммы обоих сульфоалюминатов кальция в сульфоалюминатном клинкере, чем 35 частей на 100 частей расширяющей добавки, расход расширяющего агента в составе указанного цемента возрастает сверх указанного соотношения, что снижает экономическую часть эффекта изобретения вследствие роста стоимости цемента. При содержании суммы сульфоалюминатов кальция в сульфоалюминатном клинкере более 95 мас. ч. на 100 мас. ч. расширяющей добавки возникают трудности с обжигом указанного клинкера, что ухудшает его микроструктуру и снижает его активность, а вместе с этим приводит к увеличению потребного расхода указанной добавки и снижает технико-экономический эффект изобретения. Дополнительное количество гипса по сравнению с присутствующим в матричном ингредиенте - портландцементе - в состав расширяющего агента вводят в том случае, когда содержания гипса С • SH2 в составе портландцемента и ангидрита С•S в составе сульфоалюминатного клинкера недостаточно для полноты образования трисульфата по стехиометрии реакции сульфоалюмината кальция с гипсом и водой после затворения последней цемента согласно изобретению, при этом в цементном камне вместо трисульфата появляется моносульфат.With a lower content of the sum of both calcium sulfoaluminates in the sulfoaluminate clinker than 35 parts per 100 parts of the expanding additive, the consumption of the expanding agent in the composition of the specified cement increases above the specified ratio, which reduces the economic part of the effect of the invention due to the increase in the cost of cement. When the total amount of calcium sulfoaluminates in the sulfoaluminate clinker is more than 95 wt. hours per 100 wt. including the expanding additive, difficulties arise in firing the specified clinker, which worsens its microstructure and reduces its activity, and at the same time leads to an increase in the required consumption of the specified additive and reduces the technical and economic effect of the invention. An additional amount of gypsum compared to that present in the matrix ingredient - Portland cement - is introduced into the expanding agent when the content of gypsum С • SH 2 in the composition of Portland cement and С • S anhydrite in the sulfoaluminate clinker is insufficient to complete the formation of trisulfate by stoichiometry of the sulfoaluminate reaction calcium with gypsum and water after mixing the last cement according to the invention, while monosulfate appears in the cement stone instead of trisulfate.

Сущность предлагаемого изобретения в части состава цемента становится более ясной из примера его осуществления. The essence of the invention in terms of the composition of cement becomes clearer from an example of its implementation.

Пример 2. Условия и материалы для осуществления изобретения - по примеру 1. Example 2. Conditions and materials for carrying out the invention - as in example 1.

Составы указанного вяжущего при различных условиях совмещения его с добавкой варьируют в соответствии с данными, приведенными в таблице 2. The compositions of the specified binder under various conditions of combining it with the additive vary in accordance with the data given in table 2.

Результаты испытаний полученных вяжущих (цементов) свидетельствуют: 1) гидравлическое вяжущее согласно изобретению действительно может быть изготовлено при столь низких расходах расширяющего агента (1,5-4%), не известных ни из уровня техники, ни из современного уровня теории расширения цементов (например, согласно обзору [17]). При этом стоимость безусадочного водонепроницаемого цемента согласно изобретению впервые лишь незначительно превосходит стоимость контрольного портландцемента, а из единицы массы расширяющей добавки в данном случае можно изготовить от 25 до 67 единиц массы безусадочного водонепроницаемого цемента согласно изобретению, что позволит повысить достижимый объем производства и использования цемента согласно изобретению минимум пятикратно по сравнению с достижимым при известном уровне техники и технологии; 2) подтверждаются результаты, представленные в примере 1 и свидетельствующие о повышенной эффективности совмещения расширяющей добавки с другими ингредиентами цемента посредством домола (серия опытов 2) по сравнению со смешением (серия опытов 1), поскольку характеристики прочности и деформативных свойств цементов в строках 8-12 таблицы 2 выше, чем аналогичных по составу цементов в строках 3-7 указанной таблицы; 3) при повышении содержания указанной добавки в составе цемента с одновременным снижением содержания гипсового камня при обоих способах введения указанной добавки в цемент согласно изобретению (строки 3-7 и 8-12 указанной таблицы) прочностные и деформативные свойства цемента проходят через экстремумы, причем максимумы прочности (строки 5 и 10) не совпадают с максимумами расширения (строки 6 и 11); последние приходятся на большие значения содержания гипсового камня и меньшие - содержания указанной добавки в цементе по сравнению с максимумами прочности; объяснение этого результата требует проведения дальнейших исследований; 4) при одновременном повышении содержания указанной добавки и гипсового камня в составе цемента (строки 10, 13 и 14 указанной таблицы) прочностные и деформативные свойства цемента также характеризуются экстремальной зависимостью, а именно проходят через максимумы прочности и расширения - но при одном и том же составе цемента - по строке 13 таблицы 12. Это можно объяснить тем обстоятельством, что при избыточном содержании гипсового камня в цементном камне в течение до 7 суток остается свободный гипс, фиксируемый по методу Л.А. Гудович, примесь которого разрыхляет структуру гидросиликатной матрицы цемента, что несколько снижает прочностные показатели и способствует усадке цементного камня, снижающей расширение, несмотря на прирост количества расширяющей добавки. Поэтому в данном случае дальнейший прирост содержания последней в составе цемента нецелесообразен, тогда как при содержании добавки меньше 1,5% массы клинкерного ингредиента цемента его свойства, как показывают эксперименты, быстро приближаются к цементу по прототипу, существенно снижая часть полезных эффектов изобретения. В целом же преимущества цемента согласно изобретению по сравнению с контрольным цементом, не содержащим добавки (строка 1 таблицы 2), и с цементом согласно прототипу (строка 2 указанной таблицы) по приведенным данным очевидны. The test results of the obtained binders (cements) indicate: 1) the hydraulic binder according to the invention can indeed be manufactured at such low expansions of the expanding agent (1.5-4%), not known either from the prior art or from the modern level of the theory of expansion of cements (for example , according to the review [17]). Moreover, the cost of non-shrink waterproof cement according to the invention for the first time only slightly exceeds the cost of control Portland cement, and from a unit mass of expanding additive in this case, it is possible to produce from 25 to 67 mass units of non-shrink waterproof cement according to the invention, which will increase the achievable production and use of cement according to the invention at least five times as much as achievable with the prior art; 2) the results presented in Example 1 are confirmed and testify to the increased efficiency of combining the expanding additive with other cement ingredients by means of domol (series of experiments 2) as compared to mixing (series of experiments 1), since the strength and deformation properties of cements are in lines 8-12 table 2 is higher than similar in composition of cements in rows 3-7 of this table; 3) with an increase in the content of the specified additive in the cement composition with a simultaneous decrease in the content of gypsum stone with both methods of introducing the specified additive into the cement according to the invention (lines 3-7 and 8-12 of this table), the strength and deformation properties of cement pass through extrema, with maximum strengths (lines 5 and 10) do not match the expansion maxima (lines 6 and 11); the latter account for large values of the gypsum stone content and smaller ones for the content of the specified additive in cement compared to the maximum strengths; An explanation of this result requires further research; 4) while increasing the content of the specified additive and gypsum stone in the cement composition (lines 10, 13 and 14 of the table), the strength and deformation properties of cement are also characterized by extreme dependence, namely, they pass through the maximum strength and expansion - but with the same composition cement - on line 13 of table 12. This can be explained by the fact that with an excess of gypsum stone in the cement stone for up to 7 days, free gypsum remains, fixed by the method of L.A. Gudovich, an admixture of which loosens the structure of the hydrosilicate matrix of cement, which somewhat reduces the strength characteristics and contributes to the shrinkage of cement stone, which reduces expansion, despite the increase in the number of expanding additives. Therefore, in this case, a further increase in the content of the latter in the cement composition is impractical, whereas when the additive content is less than 1.5% of the mass of the cement clinker ingredient, its properties, as shown by experiments, quickly approach the cement according to the prototype, significantly reducing some of the beneficial effects of the invention. In general, the advantages of the cement according to the invention in comparison with the control cement that does not contain additives (row 1 of table 2), and with cement according to the prototype (row 2 of this table) according to the above data are obvious.

Следует отметить, что температура смеси ингредиентов, равная 60oС и выше, в указанном процессе помола/смешения компонентов указанной добавки обычно легко достижима, поскольку свежеобожженный портландцементный клинкер, выходящий из печного холодильника и представляющий наиболее распространенный матричный ингредиент, характеризуется температурой примерно 60 - 100oС, и вместе с остальными ингредиентами цемента дополнительно нагревается в процессе помола последнего примерно на 30 - 60oС. Таким образом, условие плавления указанных органических составляющих расширяющей добавки при совместном помоле или перемешивании упомянутых ингредиентов на практике обычно выполнимо без дополнительных затрат энергии.It should be noted that the temperature of the mixture of ingredients, equal to 60 o C and above, in the specified process of grinding / mixing the components of the specified additives is usually easily achievable, since freshly burnt Portland cement clinker coming out of the furnace refrigerator and representing the most common matrix ingredient has a temperature of about 60 - 100 o С, and together with other cement ingredients, it is additionally heated during grinding of the latter by about 30 - 60 o С. Thus, the melting condition of these organic of the constituents of the expanding additive by co-grinding or mixing said ingredients is generally practicable in practice without additional energy costs.

Изложенное позволяет заключить: приведенные результаты свидетельствуют, что вторая цель изобретения - создание безусадочного или расширяющегося гидравлического вяжущего, по составу и стоимости близкого к портландцементу - достигнута. The foregoing allows us to conclude: the above results indicate that the second goal of the invention is the creation of a non-shrinking or expanding hydraulic binder, close in composition and cost to Portland cement - achieved.

Указанные преимущества данного технического решения проявляются наиболее ясно лишь при изготовлении цемента согласно изобретению наиболее эффективным способом. The indicated advantages of this technical solution are manifested most clearly only in the manufacture of cement according to the invention in the most efficient way.

Известен способ изготовления безусадочного водонепроницаемого портландцемента, включающего в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцементный клинкер, или портландцемент, а также расширяющую добавку, путем совместного помола или домола указанных ингредиентов, характеризующийся тем, что указанный цемент содержит в качестве расширяющей добавки смесь сульфата кальция, оксида кальция и алюминатную составляющую, а именно глиноземистый цемент или гидроалюминат кальция, взятые в следующем соотношении (мас.%) [29]:
Портландцементный клинкер или портландцемент - 58-62
Расширяющая добавка - 38-42
а совместный помол компонентов ведут до уровня дисперсности, соответствующего отсутствию конечной усадки полученного цемента после твердения в течение до 1 года.
A known method of manufacturing a non-shrink waterproof Portland cement, including as a matrix ingredient providing strength, Portland cement clinker, or Portland cement, as well as an expanding additive, by joint grinding or milling of these ingredients, characterized in that said cement contains a mixture of calcium sulfate as an expansion additive, calcium oxide and aluminate component, namely alumina cement or calcium hydroaluminate, taken in the following ratio (wt.%) [ 29]:
Portland cement clinker or Portland cement - 58-62
Expanding Additive - 38-42
and joint grinding of the components is carried out to a dispersion level corresponding to the absence of final shrinkage of the obtained cement after hardening for up to 1 year.

Достоинство данного технического решения состоит в том, что цемент, полученный указанным способом, вполне однороден и его состав легко контролируется по содержанию свободного оксида кальция в смеси. Основным недостатком, помимо дороговизны продукта вследствие громадного расхода расширяющего агента, является гигроскопичность полученного цемента. В результате гидратации влагой из воздуха при хранении последний теряет свои свойства в течение примерно одной недели. Поэтому нельзя создать достаточного запаса этого цемента иначе как в герметической таре, не удается хранить его в силосах и отгружать навалом, и даже в герметической таре он комкуется в результате частичной гидратации матричного ингредиента влагой гипса и гигроскопической влагой исходных компонентов. Следовательно, этот цемент можно производить только непосредственно на месте использования, что, как правило, неудобно и существенно ограничивает возможности применения данного технического решения. The advantage of this technical solution is that the cement obtained by this method is quite homogeneous and its composition is easily controlled by the content of free calcium oxide in the mixture. The main disadvantage, in addition to the high cost of the product due to the enormous consumption of the expanding agent, is the hygroscopicity of the cement obtained. As a result of hydration with moisture from the air during storage, the latter loses its properties within about one week. Therefore, it is impossible to create a sufficient supply of this cement except in an airtight container, it is not possible to store it in silos and ship in bulk, and even in an airtight container it crumbles as a result of partial hydration of the matrix ingredient with gypsum moisture and hygroscopic moisture of the starting components. Therefore, this cement can be produced only directly at the place of use, which, as a rule, is inconvenient and significantly limits the possibilities of applying this technical solution.

Известен также способ изготовления аналогичного цемента путем дополнительного введения в указанный состав при совместном помоле компонентов органической добавки, а именно гидрофобизатора (асидол - мылонафта) [30]. Однако, согласно данным, приведенным М.И. Хигеровичем в научно-техническом отчете НИИЦемента (Москва, 1957), гигроскопичности указанного цемента добавкой асидол - мылонафта устранить не удалось. There is also known a method of manufacturing a similar cement by additional introduction into the specified composition with the joint grinding of the components of an organic additive, namely a water repellent (asidol - soap) [30]. However, according to the data cited by M.I. Khigerovich in the scientific and technical report of the Research Institute of Cement (Moscow, 1957), the hygroscopicity of this cement by the addition of asidol - soaponaf was not eliminated.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению в части способа изготовления гидравлического вяжущего (прототипом) является способ изготовления гидравлического вяжущего, включающего в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцемент и/или его разновидности и/или продукт совместного или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а также расширяющую добавку, содержащую компоненты: минеральный: сульфоалюминат кальция

Figure 00000042
, или моноалюминат кальция СА, или майенит С12А7 или смесь указанных минералов с мольным отношением С/А менее 3, а также сульфат кальция в форме ангидрита С •
Figure 00000043
или гипса С•SH2 в массовом соотношении с сульфоалюминатом или алюминатом кальция примерно 1 : 2, и органический - любой жидкий гидрофобизатор и, кроме того, дополнительно включающий доменный гранулированный шлак в качестве демпферного ингредиента, регулирующего расширение [31], при следующем соотношении указанных компонентов (мас.%):
Расширяющая добавка: минеральный компонент - 9 - 60
Расширяющая добавка: органический компонент - 0,1- 1,5
Доменный гранулированный шлак - 20 - 88
Матричный ингредиент - портландцементный клинкер или портландцемент - Остальное
а смесь указанных компонентов совместно измельчают до удельной поверхности, обеспечивающей сохранность полученного цемента в течение стандартного гарантийного срока.Closest to the proposed invention in terms of a method of manufacturing a hydraulic binder (prototype) is a method of manufacturing a hydraulic binder, comprising, as a matrix ingredient, providing strength, Portland cement and / or its varieties and / or a joint or separate product with subsequent mixing of the grinding of Portland cement clinker and gypsum stone, as well as an expanding additive containing components: mineral: calcium sulfoaluminate
Figure 00000042
or calcium monoaluminate CA, or C 12 A 7 mayenite or a mixture of these minerals with a C / A molar ratio of less than 3, as well as calcium sulfate in the form of anhydrite C •
Figure 00000043
or gypsum С • SH 2 in a mass ratio with calcium sulfoaluminate or calcium aluminate is about 1: 2, and organic - any liquid water-repellent agent and, in addition, additionally including blast furnace granulated slag as a damping ingredient that regulates expansion [31], in the following ratio of these components (wt.%):
Expanding additive: mineral component - 9 - 60
Expanding additive: organic component - 0.1-1.5
Granulated blast furnace slag - 20 - 88
Matrix ingredient - Portland cement clinker or Portland cement - Else
and a mixture of these components is jointly crushed to a specific surface that ensures the safety of the resulting cement during the standard warranty period.

Достоинством этого способа является пониженное по сравнению с известным из уровня техники для промышленно изготавливаемых расширяющихся и безусадочных цементов минимальное содержание расширяющего агента - 9 мас.% и повышение степени защиты поверхности последнего гидрофобизатором ввиду адсорбционной инертности преобладающего по количеству и соответственно - по суммарной удельной поверхности шлакового компонента по отношению к гидрофобизатору. Инертность шлака способствует повышению концентрации гидрофобизатора на поверхности расширяющего агента и соответственно - повышению сохранности полученного цемента по сравнению с описанными выше, но хранение в течение двух месяцев, то есть стандартного гарантийного срока, как показывают эксперименты авторов настоящего изобретения, для цемента, полученного способом согласно прототипу, остается невозможным ввиду комкуемости. Главным недостатком данного технического решения остается гигроскопичность полученного цемента, хотя и менее выраженная по сравнению с таковой у продуктов, полученных по способам согласно [29, 30]. Кроме того, наличие доменного гранулированного шлака в данном случае вызывает прирост расхода электроэнергии на измельчение указанного цемента по сравнению с предыдущими техническими решениями и уровнем техники. The advantage of this method is reduced in comparison with the prior art for industrially manufactured expanding and non-shrinking cements, the minimum content of the expanding agent is 9 wt.% And the degree of surface protection of the latter with a water repellent increases due to the adsorption inertness of the slag component prevailing in quantity and, accordingly, in the total specific surface in relation to water repellent. Inertness of the slag helps to increase the concentration of water repellent on the surface of the expanding agent and, accordingly, to increase the safety of the cement obtained compared to those described above, but storage for two months, that is, the standard warranty period, as shown by the experiments of the authors of the present invention, for cement obtained by the method according to the prototype remains impossible due to lumpiness. The main disadvantage of this technical solution remains the hygroscopicity of the cement obtained, although less pronounced compared to that of products obtained by the methods according to [29, 30]. In addition, the presence of blast furnace granulated slag in this case causes an increase in energy consumption for grinding the specified cement in comparison with the previous technical solutions and the prior art.

Задачей настоящего изобретения в части способа изготовления указанного цемента является обеспечение равномерного распределения в получаемом цементе части расширяющей добавки в виде раствора в ее собственных органических составляющих по поверхности всех твердых частиц указанного цемента, что позволяет существенно повысить сохранность цемента согласно изобретению, а именно по крайней мере до уровня сохранности обыкновенного портландцемента. The objective of the present invention in terms of the method of manufacturing the specified cement is to ensure uniform distribution in the resulting cement of the expanding additive in the form of a solution in its own organic components on the surface of all the solid particles of the specified cement, which can significantly increase the preservation of the cement according to the invention, namely at least to level of safety of ordinary Portland cement.

Указанная задача решается способом изготовления гидравлического вяжущего путем совместного или раздельного с последующим смешением помола матричного ингредиента и расширяющей добавки, включающего в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцемент и/или его разновидности, полученные как продукт совместного и/или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а в качестве расширяющей добавки - смесь, содержащую компоненты: минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, отличающийся тем, что берут жирную кислоту - высшую и дополнительно ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер, имеющий состав, мас.%:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20 - 65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15 - 30
Двухкальциевый силикат - 0,5- 55
Монокальциевый алюминат - 1 - 5
Ангидрит - 3 - 10
Примеси - Остальное
при мас. соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компонента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1 : 0,025 - 0,3 : 0,02 - 0,2 соответственно, и при следующем мас. соотношении в указанном вяжущем портландцементного клинкера, гипсового камня в пересчете на триоксид серы и указанной расширяющей добавки 100 : 2 - 4 : 1,5 - 4, причем обжиг до спекания указанного сульфоалюминатного клинкера осуществляют в восстановительной среде в температурных условиях, обеспечивающих содержание в составе примесей, мас.%: трехкальциевого силиката (3CaO•SiO2) 0,5 - 3 и майенита (12СаO•7Аl2Oз) и/или его галогенидных и/или сульфидной производных 0,3 - 2, а совместный или раздельный с последующим смешением помол указанного матричного ингредиента с расширяющей добавкой ведут до образования на частицах получаемого вяжущего равномерно распределенной гидрофобизированной пленки расширяющей фазы, устанавливаемого по критерию формирования после затворения изготовленного вяжущего водой глобулярной массы, гомогенизируемой посредством перемешивания последней с растиранием до получения однородной водно-вяжущей суспензии.
This problem is solved by a method of manufacturing a hydraulic binder by joint or separate, followed by mixing the grinding matrix ingredient and expanding additives, including as a matrix ingredient providing strength, Portland cement and / or its varieties, obtained as a product of joint and / or separate with subsequent mixing of Portland cement grinding clinker and gypsum stone, and as an expanding additive - a mixture containing components: mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, characterized in that they take fatty acid - the highest and optionally aromatic acid, and sulfoaluminate clinker having a composition, wt.%:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20 - 65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15 - 30
Dicalcium silicate - 0.5-55
Monocalcium Aluminate - 1 - 5
Anhydrite - 3 - 10
Impurities - Rest
at wt. the ratio in the composition of the specified additives specified mineral component and each of these acids in the organic component 1: 0.025 - 0.3: 0.02 - 0.2, respectively, and the following wt. the ratio in the specified binder of Portland cement clinker, gypsum stone in terms of sulfur trioxide and the specified expanding additive 100: 2 - 4: 1,5 - 4, and firing before sintering the specified sulfoaluminate clinker is carried out in a reducing medium under temperature conditions, ensuring the content of impurities in the composition , wt.%: tricalcium silicate (3CaO • SiO 2 ) 0.5 - 3 and mayenite (12CaO • 7Al 2 O s ) and / or its halide and / or sulfide derivatives 0.3 - 2, and joint or separate followed by by mixing grinding the specified matrix ing units with an expanding additive are conducted until an expanding phase is formed on the particles of the resulting binder of a uniformly distributed hydrophobized film of the expanding phase, which is established by the criterion for the formation of a globular mass homogenized by mixing the latter with grinding after mixing the binder with water until a homogeneous water-binder suspension is obtained.

В варианте способа количество указанной глобулярной массы - 40-100% объема водно-вяжущей суспензии. In an embodiment of the method, the amount of said globular mass is 40-100% of the volume of the water-binder suspension.

Сущность изобретения в части расширяющей добавки заключается в том, что в составе САК согласно изобретению, полученном обжигом до спекания в восстановительной среде, отсутствует. Сущность предлагаемого изобретения в части способа изготовления гидравлического вяжущего на стадии изготовления сульфоалюминатного клинкера как составляющей расширяющей добавки заключается в регулировании фазового состава указанного клинкера выбором температуры спекания при проведении обжига в восстановительной атмосфере. При данном проектном составе сульфоалюминатного клинкера с коэффициентом насыщения, предусматривающим формирование высокоосновного сульфоалюмината кальция, первым образуется именно он; если к моменту завершения образования расчетных количеств обоих сульфоалюминатов кальция остается свободная известь, то из белита начинает образовываться примесь алита и, одновременно, начинает разлагаться высокоосновный сульфоалюминат с образованием примеси майенита. Задача технолога заключается в том, чтобы остановить процесс спекания именно в тот момент, когда содержание обеих указанных примесей остается в указанных минимальных пределах. Это соответствует максимальной эффективности указанного сульфоалюминатного клинкера в составе указанной добавки и, соответственно, минимальному расходу указанной добавки в составе гидравлического вяжущего. В противном случае содержание майенита повышается до уровня, приближающегося к сульфоалюминатному клинкеру в добавке согласно указанному выше в описании изобретения прототипу, что, в конечном счете, требует повышения расхода расширяющей добавки в составе готового цемента. Восстановительная атмосфера способствует при появлении указанных примесей включению в их состав дополнительных анионов, уменьшающих их вредное влияние на эффективность расширяющей добавки. Так, в состав майенита внедряется сульфат-ион, в данных условиях в форме сульфида. Сульфидное производное майенита является менее активным по сравнению с исходным минералом и не оказывает существенного вредного влияния на эффективность расширяющей добавки. The essence of the invention in terms of expanding additives is that the composition of the NAO according to the invention, obtained by firing before sintering in a reducing medium, is absent. The essence of the invention in terms of a method of manufacturing a hydraulic binder at the stage of manufacturing a sulfoaluminate clinker as a component of an expanding additive is to regulate the phase composition of the specified clinker by selecting a sintering temperature during firing in a reducing atmosphere. With this design composition of the sulfoaluminate clinker with a saturation coefficient providing for the formation of a highly basic calcium sulfoaluminate, it is he who first forms; if free lime remains at the moment the calculated amounts of both calcium sulfoaluminates are complete, then an alite admixture begins to form from belite and, at the same time, a highly basic sulfoaluminate begins to decompose with the formation of a mayenite impurity. The task of the technologist is to stop the sintering process exactly at the moment when the content of both of these impurities remains in the specified minimum limits. This corresponds to the maximum efficiency of the specified sulfoaluminate clinker in the composition of the specified additives and, accordingly, the minimum consumption of the specified additives in the composition of the hydraulic binder. Otherwise, the content of mayenite rises to a level approaching the sulfoaluminate clinker in the additive according to the prototype mentioned above in the description of the invention, which ultimately requires an increase in the consumption of expanding additives in the composition of the finished cement. When the indicated impurities appear, the reducing atmosphere promotes the inclusion of additional anions in their composition, which reduce their harmful effect on the effectiveness of the expanding additive. So, sulfate ion is introduced into the composition of mayenite, under the given conditions in the form of sulfide. The sulfide derivative of mayenite is less active than the original mineral and does not have a significant adverse effect on the effectiveness of the expanding additive.

Следует отметить, что на практике нет времени для определения содержания в продукте обжига рентгенодифракционным методом примеси алита или методом инфракрасной спектроскопии - примеси майенита, формирующихся одновременно. Последнее означает, что достаточным критерием содержания в указанных пределах обеих примесей является появление майенита в сульфоалюминатном клинкере в ограниченных количествах по характерному признаку образования в водной суспензии растертого в порошок сульфоалюминатного клинкера в микропрепаратах, изучаемых под оптическим микроскопом прямо в процессе обжига, в частности, непосредственно на головке печи, характерных гелеобразных сферических образований вокруг некоторых частиц клинкера, включающих примесь майенита (1-2 сферы в поле зрения оптического микроскопа с увеличением около 200 и при концентрации указанного клинкера в водной суспензии около 1% массы воды для указанного выше верхнего допустимого предела концентрации C12A7 в указанном клинкере или появление первого сектора такой сферы в аналогичных препаратах, соответствующего указанному выше нижнему допустимому пределу концентрации C12A7 в указанном клинкере). Эти сферы состоят из гидрогеля Аl(ОН)3 или АlO(ОН) с внешней двупреломляющей оболочкой из кристаллов гидроалюминатов кальция. Впервые в качестве признака майенита указанные сферы идентифицированы О.М. Астреевой [32], первой с использованием синтетического майенита показавшей, что указанные гель и кристаллы являются характерными гидратными образованиями при его взаимодействии с водой.It should be noted that in practice there is no time to determine the content in the firing product of the alite impurity by the X-ray diffraction method or by infrared spectroscopy — the mayenite impurity that forms simultaneously. The latter means that a sufficient criterion for the content of both impurities within the indicated limits is the appearance of mayenite in the sulfoaluminate clinker in limited quantities by the characteristic feature of the formation in the aqueous suspension of powdered sulfoaluminate clinker in micropreparations studied under an optical microscope directly during firing, in particular, directly on the firing furnace head, characteristic gel-like spherical formations around some clinker particles, including an admixture of mayenite (1-2 spheres in the floor f vision of an optical microscope with an increase of about 200 and at a concentration of the specified clinker in an aqueous suspension of about 1% of the mass of water for the above upper acceptable concentration limit of C 12 A 7 in the specified clinker or the appearance of the first sector of such a sphere in similar preparations corresponding to the lower acceptable the concentration limit of C 12 A 7 in the specified clinker). These spheres consist of the hydrogel Al (OH) 3 or AlO (OH) with an external birefringent shell of crystals of calcium hydroaluminates. For the first time, these spheres were identified by O.M. as a sign of mayenitis. Astraeva [32], the first using synthetic mayenite to show that these gel and crystals are characteristic hydrate formations during its interaction with water.

Сущность предлагаемого изобретения в части способа изготовления гидравлического вяжущего на стадии изготовления цемента заключается в том, что при плавлении высшей жирной кислоты в процессе помола или смешения матричного ингредиента с расширяющей добавкой их растворяющая способность возрастает вследствие демицеллизации молекул, недостижимой при комнатной температуре, и соответствующего роста кроющей способности единицы массы органических составляющих добавки в виде адсорбционного слоя, охватывающего все частицы готового цемента. При этом минеральная составляющая расширяющей добавки находится в инкапсулированном состоянии, то есть в составе органических гидрофобизированных капсул. Это и позволяет, во-первых, продлить срок хранения полученного цемента согласно изобретению до уровня, соответствующего стандартному сроку хранения обыкновенного портландцемента, то есть до двух месяцев, а во-вторых, проявить новый эффект гидрофобизации, обусловленный не чисто органическим, а минерально-органическим адсорбционным слоем, окружающим каждую частицу цемента, изготовленного согласно изобретению. Этот эффект заключается в формировании сразу после затворения водой глобулярной массы, то есть не теста, а массы из водно-вяжущих (цементо-водных) глобул, превращающихся в привычное цементное тесто только посредством перетирания мастерком. Этот критерий позволяет подбирать как расход расширяющей добавки в составе цемента, так и тонкость помола последнего. Эксперименты показывают, что при минимальной допустимой удельной поверхности цемента примерно 250 м2/кг прирост тонкости помола до уровня примерно 400 м2/кг требует повышения расхода указанной добавки для заполнения всей поверхности упомянутой адсорбционной сетки. При повышении удельной поверхности цемента сверх примерно 400 м2/кг потребность в дальнейшем приросте расхода расширяющей добавки исчезает, поскольку прирост прочности и модуля упругости матрицы компенсирует дальнейшее уменьшение расхода расширяющей добавки на единицу поверхности готового цемента.The essence of the present invention in terms of a method of manufacturing a hydraulic binder at the stage of cement production is that when melting a higher fatty acid during grinding or mixing a matrix ingredient with an expanding additive, their dissolving ability increases due to demicellization of molecules unattainable at room temperature, and the corresponding growth of opaque abilities of the unit mass of the organic components of the additive in the form of an adsorption layer covering all particles of the finished cement . In this case, the mineral component of the expanding additive is in an encapsulated state, that is, as part of organic hydrophobized capsules. This allows, firstly, to extend the shelf life of the cement obtained according to the invention to a level corresponding to the standard shelf life of ordinary Portland cement, that is, up to two months, and secondly, to exhibit a new hydrophobization effect, due not only to organic, but to mineral-organic the adsorption layer surrounding each particle of cement made according to the invention. This effect consists in the formation immediately after mixing with water of a globular mass, that is, not a dough, but a mass of water-binders (cement-water) globules that turn into a familiar cement dough only by grinding with a trowel. This criterion allows you to select both the consumption of expanding additives in the composition of cement, and the fineness of grinding of the latter. Experiments show that with a minimum allowable specific surface area of cement of approximately 250 m 2 / kg, an increase in grinding fineness to a level of approximately 400 m 2 / kg requires an increase in the consumption of this additive to fill the entire surface of said adsorption network. With an increase in the specific surface area of cement in excess of about 400 m 2 / kg, the need for a further increase in the consumption of expanding additives disappears, since the increase in strength and elastic modulus of the matrix compensates for a further decrease in the consumption of expanding additives per unit surface area of the finished cement.

Выражением адекватности расхода расширяющей добавки и удельной поверхности готового цемента является упомянутый выше эффект глобулярной гидрофобизации, ранее не известный из уровня техники. Наиболее экономичным является вариант достижения этого эффекта при минимальном расходе добавки и минимальной удельной поверхности цемента, полученного согласно изобретению. Практически устанавливают расход добавки посредством весового дозатора на минимальном пределе (1,5% массы цемента) и регулируют удельную поверхность продукта в пределах 250 - 400 м2/кг, добиваясь описанного эффекта гидрофобизации. При его отсутствии в указанном интервале дисперсности цемента повышают расход расширяющей добавки до 2 или 2,5% массы цемента и повторяют операцию поиска указанного эффекта при регулировании удельной поверхности. При изготовлении цемента согласно изобретению посредством перемешивания матричного ингредиента портландцемента и расширяющейся добавки достижение указанного эффекта глобулярной гидрофобизации обеспечивается также регулированием двух факторов: расхода расширяющейся добавки и длительности (в данном смесителе), или эффективности перемешивания (в различных смесителях; под последним фактором понимается удельная энергонапряженность рабочего объема каждого смесителя). Чем выше длительность или эффективность перемешивания, тем меньше расход расширяющей добавки при постоянной дисперсности цемента. Именно таким образом получены данные, упомянутые выше и приведенные в таблицах 1 и 2.The expression of the adequacy of the consumption of expanding additives and the specific surface of the finished cement is the aforementioned effect of globular hydrophobization, previously unknown from the prior art. The most economical option is to achieve this effect with a minimum consumption of additives and a minimum specific surface area of cement obtained according to the invention. In practice, the consumption of the additive is set by means of a weight batcher at the minimum limit (1.5% of the mass of cement) and the specific surface area of the product is controlled within the range of 250 - 400 m 2 / kg, achieving the described hydrophobization effect. If it is absent in the specified range of dispersion of the cement, the consumption of the expanding additive is increased to 2 or 2.5% of the mass of cement and the operation of searching for the indicated effect is repeated while controlling the specific surface. In the manufacture of the cement according to the invention by mixing the matrix ingredient of Portland cement and the expanding additive, the achievement of the indicated effect of globular hydrophobization is also achieved by controlling two factors: the consumption of expanding additive and the duration (in this mixer), or the mixing efficiency (in various mixers; the latter factor refers to the specific energy intensity of the worker volume of each mixer). The higher the duration or effectiveness of mixing, the lower the consumption of expanding additives with constant dispersion of cement. This is how the data obtained above and given in tables 1 and 2 are obtained.

Следует отметить, что без обжига сульфоалюминатного клинкера согласно критерию ограниченного содержания примесей алита и майенита достигнуть указанной степени глобулярной гидрофобизации готового цемента невозможно, поскольку майенит гидрофобизации не поддается. It should be noted that without firing sulfoaluminate clinker according to the criterion of a limited content of alite and mayenite impurities, it is impossible to achieve the indicated degree of globular hydrophobization of the finished cement, since mayenite is not hydrophobic.

Гидравлическое вяжущее, изготовленное по способу согласно изобретению, не комкуется и может храниться в силосах и отгружаться навалом или в таре наравне с портландцементом. Принимая во внимание стоимость, лишь незначительно превышающую таковую для портландцемента, и возможность длительного хранения без потери технических свойств, гидравлическое вяжущее согласно изобретению при данном способе изготовления может применяться в качестве цемента общестроительного назначения, что коренным образом улучшает возможности внедрения настоящего изобретения по сравнению со всеми, ранее известными расширяющимися и безусадочными цементами. The hydraulic binder made by the method according to the invention does not crumple and can be stored in silos and shipped in bulk or in containers along with Portland cement. Considering the cost, only slightly exceeding that for Portland cement, and the possibility of long-term storage without loss of technical properties, the hydraulic binder according to the invention with this manufacturing method can be used as cement for general construction purposes, which fundamentally improves the implementation possibilities of the present invention compared to all previously known expanding and non-shrinking cements.

Сущность изобретения в части способа изготовления гидравлического вяжущего становится более ясной из примера его осуществления. The invention in terms of a method of manufacturing a hydraulic binder becomes clearer from an example of its implementation.

Пример 3. Условия и материалы для осуществления изобретения - по примеру 1. Параметры изготовления и результаты испытаний изготовленных цементов представлены в таблице 3. Особенность этих испытаний состоит в том, что в них определялась сохранность цементов, то есть значения их прочности и усадочных деформаций в бетонных образцах, заложенных на хранение сразу после изготовления цементов, а также в образцах, заложенных через 60, 90 и 180 суток после хранения цементов в помещении лаборатории при температуре 20 ± 3oС и относительной влажности 65 ± 5%. По величине снижения прочности и роста усадочных деформаций или снижения деформаций расширения указанных образцов равного возраста после различных сроков хранения судят о способности цементов к длительному хранению.Example 3. Conditions and materials for the implementation of the invention, as in example 1. The manufacturing parameters and test results of manufactured cements are presented in table 3. The feature of these tests is that they determined the preservation of cements, that is, their strength and shrinkage deformation in concrete samples laid in storage immediately after the manufacture of cements, as well as in samples laid 60, 90 and 180 days after storage of cements in the laboratory at a temperature of 20 ± 3 o C and a relative humidity of 65 ± 5%. The magnitude of the decrease in strength and the growth of shrinkage deformations or the reduction of expansion deformations of these samples of equal age after different storage periods judge the ability of cements to be stored for a long time.

Полученные результаты позволяют заключить следующее: 1) контрольный цемент, не содержащий расширяющей добавки, характеризуется общеизвестными темпами роста прочности, усадки, потери прочности и увеличения усадки при хранении (строка 1 таблицы 3), типичными для портландцемента и с этой точки зрения является представительным; 2) при этом рост или снижение удельной поверхности контрольного цемента по сравнению с указанным оптимумом (330 м2/кг) приводит соответственно к росту усадки или снижению прочности по сравнению с указанными характеристиками, а также к ухудшению сохранности цемента по показателям прочности или усадки соответственно; 3) малоусадочный цемент по прототипу (строка 2 таблицы 3) характеризуется повышенной прочностью, особенно в раннем возрасте, по сравнению с контрольным цементом, но повышенным темпом старения при хранении по показателю усадки, даже по сравнению с контрольным цементом. Обычно это относится и к старению по показателям прочности расширяющихся цементов, известных из уровня техники, но малоусадочный цемент, изготовленный согласно прототипу, по прочности стареет не быстрее контрольного портландцемента, что является его достоинством. И все же повышенная скорость старения по сравнению с портландцементом вообще характерна для расширяющихся и безусадочных цементов, известных из уровня техники, о чем умалчивается в обширной патентной и научно-технической литературе по этим цементам. Это оправдывает скептицизм считающегося самым крупным ученым в области химии и технологии цемента в XX веке Р. Богга по отношению к указанным цементам, выраженный в его наиболее известной работе [33] в такой формулировке: "Следует отметить, что энтузиазм адвокатов различных шлаковых и специальных цементов не поддерживается многими производителями и исследователями цементов. Чувствуется, что некоторые из преимуществ и достижений этих цементов не полностью доказаны, а что касается расширяющихся цементов, то трудности в определении и контроле степени расширения могут подвергнуть опасности саму идею их применения"; на самом деле в немалой степени из-за этой неопределенности все расширяющиеся цементы, нашедшие производственное применение во второй половине XX века, то есть уже после публикации цитированной работы, содержат избыток расширяющего агента против требований стереологической теории (сверх 20 мас.%), чтобы старение поменьше сказывалось на величине расширения; 4) цементы согласно изобретению (строки 3-5 таблицы 3), включающие расширяющие добавки на основе сульфоалюминатных клинкеров, обожженных в восстановительной атмосфере при оптимальной температуре в зоне спекания печи (приведенной в столбце 4 таблицы 3), несмотря на рекордно низкое содержание расширяющей добавки (2 - 3,5%), практически не стареют по показателям прочности и линейных деформаций, и лишь цемент, включающий добавку Д2 на основе сульфоалюминатного клинкера САК2А (состав в примере 1), стареет, хотя и незначительно, по показателю усадки; это - вторая главная неожиданность изобретения, если в качестве первой рассматривать достижение безусадочности при содержании расширяющей добавки в составе цемента всего лишь 1,5 - 4% по массе. При этом цемент в строке 4 таблицы 3, включающий добавку Д3, несмотря на высокую удельную поверхность (460 м2/кг), практически не стареет ни по показателям прочности, ни по показателям линейных деформаций до полугода хранения, что соответствует эффекту глобулярной гидрофобизации, отвечающему 100 % по объему глобул в цементном тесте. Отметим, что при использовании добавок Д7 - Д9, полученных не смешением, а домолом совмещаемых компонентов, результаты испытаний, аналогичные приведенным в таблице 3, еще лучше. Это относится и к определениям водонепроницаемости в бетонных образцах, по показателям которых старение цементов примерно аналогично старению по прочностным показателям, и практически отсутствует у цементов, изготовленных по способу согласно изобретению. Отметим, что данных по старению расширяющихся цементов по показателям водонепроницаемости нет в известных литературных источниках, что объясняется лишь еще более высоким темпом старения известных расширяющихся цементов по показателю водонепроницаемости по сравнению со снижающимися прочностными показателями.The results obtained allow us to conclude the following: 1) control cement, which does not contain an expanding additive, is characterized by well-known growth rates of strength, shrinkage, loss of strength and increase in shrinkage during storage (row 1 of table 3), typical of Portland cement and is representative from this point of view; 2) in this case, an increase or decrease in the specific surface area of the control cement compared to the indicated optimum (330 m 2 / kg) leads to an increase in shrinkage or a decrease in strength compared with the indicated characteristics, as well as to a deterioration in the preservation of cement in terms of strength or shrinkage, respectively; 3) low-shrink cement according to the prototype (row 2 of table 3) is characterized by increased strength, especially at an early age, compared to the control cement, but an increased aging rate during storage according to the shrinkage rate, even compared to the control cement. This usually applies to aging in terms of strength of expanding cements known from the prior art, but low-shrink cement, made according to the prototype, in aging does not age faster than control Portland cement, which is its advantage. Nevertheless, an increased aging rate compared to Portland cement is generally characteristic of expanding and non-shrinking cements known from the prior art, which is ignored in the extensive patent and scientific literature on these cements. This justifies the skepticism of R. Bogga, who was considered the largest scientist in the field of chemistry and technology of cement in the 20th century, with respect to these cements, expressed in his most famous work [33] in the following wording: “It should be noted that the enthusiasm of lawyers for various slag and special cements It is not supported by many manufacturers and researchers of cement. It is felt that some of the advantages and achievements of these cements are not fully proven, and as for expanding cements, there are difficulties in defining and controlling ie the degree of expansion may jeopardize their application the idea "; in fact, to a large extent, due to this uncertainty, all expanding cements, which found industrial application in the second half of the 20th century, that is, after the publication of the cited work, contain an excess of expanding agent against the requirements of the stereological theory (in excess of 20 wt.%) so that aging less affected the magnitude of the expansion; 4) cements according to the invention (lines 3-5 of table 3), including expanding additives based on sulfoaluminate clinkers calcined in a reducing atmosphere at an optimum temperature in the sintering zone of the furnace (shown in column 4 of table 3), despite a record low content of expanding additives ( 2 - 3.5%), practically do not age in terms of strength and linear deformations, and only cement, including D2 additive based on sulfoaluminate clinker SAK2A (composition in example 1), ages, although slightly, in terms of shrinkage; this is the second major surprise of the invention, if the first is to consider the achievement of stability when the content of expanding additives in the composition of cement is only 1.5 - 4% by weight. At the same time, cement in row 4 of table 3, including additive D3, despite the high specific surface area (460 m 2 / kg), practically does not age either in terms of strength or in terms of linear deformations up to six months of storage, which corresponds to the effect of globular hydrophobization corresponding to 100% by volume of globules in cement paste. Note that when using additives D7 - D9, obtained not by mixing, but by combining the components, the test results similar to those shown in table 3 are even better. This also applies to the determination of water tightness in concrete samples, in terms of which the aging of cements is approximately similar to aging in strength indicators, and is practically absent in cements made by the method according to the invention. It should be noted that data on aging of expanding cements in terms of water resistance are not available in well-known literature, which is explained by only an even higher rate of aging of known expanding cements in terms of water resistance compared to decreasing strength indicators.

Полученные данные свидетельствуют, что безусадочный водонепроницаемый цемент, изготовленный по способу согласно изобретению, действительно может быть гидрофобизирован при обожженном согласно способу по изобретению минеральном компоненте расширяющей добавки и параметрах процесса помола ингредиентов также согласно способу по изобретению. Указанный цемент способен храниться в течение длительного времени без потери технических свойств, что для безусадочных и тем более расширяющихся цементов ранее не было известно и является неожиданным по сравнению с уровнем техники, особенно с учетом необычно низкого содержания расширяющей добавки. The data obtained indicate that non-shrink waterproof cement made by the method according to the invention can indeed be hydrophobized with the mineral component of the expanding additive calcined according to the method according to the invention and the grinding parameters of the ingredients also according to the method according to the invention. The specified cement is able to be stored for a long time without loss of technical properties, which was not previously known for non-shrinking and especially expanding cements and is unexpected in comparison with the prior art, especially taking into account the unusually low content of the expanding additive.

Указанные особенности расширяющей добавки, гидравлического вяжущего с ее применением и способа изготовления указанного вяжущего согласно изобретению, включая отсутствие сложностей контроля производства указанных добавки, цемента и цементных продуктов, способствуют широкому производственному внедрению данного изобретения. The specified features of the expanding additive, a hydraulic binder with its use and the method of manufacturing the specified binder according to the invention, including the absence of difficulties in controlling the production of these additives, cement and cement products, contribute to the widespread industrial implementation of this invention.

Таким образом, настоящее изобретение полностью подготовлено к промышленному внедрению. Thus, the present invention is fully prepared for industrial implementation.

Claims (7)

1. Расширяющая добавка на основе сульфоалюминатного клинкера для изготовления безусадочных или расширяющихся продуктов при ее введении в гидравлическое вяжущее, включающее матричный ингредиент, а именно портландцемент и/или его разновидности, включающая компоненты: минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, отличающаяся тем, что органический компонент содержит жирную кислоту - высшую и дополнительно - ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер имеет состав, мас. %:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20-65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15-30
Двухкальциевый силикат - 0,5-55
Монокальциевый алюминат - 1-5
Ангидрит - 3-10
Примеси - Остальное
при массовом соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компонента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1: 0,025-0,3: 0,02-0,2 соответственно.
1. An expanding additive based on sulfoaluminate clinker for the manufacture of non-shrinking or expanding products when it is introduced into a hydraulic binder, including a matrix ingredient, namely Portland cement and / or its varieties, including components: mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, characterized in that the organic component contains fatty acid - higher and additionally - aromatic acid, and sulfoaluminate clinker has a composition, wt. %:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20-65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15-30
Dicalcium silicate - 0.5-55
Monocalcium Aluminate - 1-5
Anhydrite - 3-10
Impurities - Rest
when the mass ratio in the composition of the specified additives specified mineral component and each of these acids in the organic component 1: 0,025-0,3: 0,02-0,2, respectively.
2. Расширяющая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низкоосновного сульфоалюмината кальция она включает минерал с валовой формулой 4СаО•3Аl2O3•SO3, в качестве высокоосновного сульфоалюмината кальция - минерал с валовой формулой (7-9)СаО•(2-3)Аl2O3•2SO3, в качестве двухкальциевого силиката - минерал с валовой формулой (1,8 - 2,3)СаО•SiO2, в качестве монокальциевого алюмината - минерал с валовой формулой СаО•Аl2О3 и в качестве ангидрита - минерал с валовой формулой CaSO4.2. The expanding additive according to claim 1, characterized in that as a low basic calcium sulfoaluminate it includes a mineral with a gross formula 4CaO • 3Al 2 O 3 • SO 3 , and as a high basic calcium sulfoaluminate a mineral with a gross formula (7-9) CaO • (2-3) Al 2 O 3 • 2SO 3 , as a dicalcium silicate - a mineral with a gross formula (1.8 - 2.3) CaO • SiO 2 , as a monocalcium aluminate - a mineral with a gross formula CaO • Al 2 O 3 and as anhydrite - a mineral with a gross formula CaSO 4 . 3. Расширяющая добавка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве ароматической кислоты она содержит бензойную кислоту, а в качестве высшей жирной кислоты - стеариновую кислоту, или олеиновую кислоту, или смесь последних в массовом соотношении от 1: 5 до 5: 1 соответственно. 3. The expanding additive according to claim 1 or 2, characterized in that it contains benzoic acid as aromatic acid and stearic acid or oleic acid or a mixture of the latter in a weight ratio of 1: 5 to 5 as the highest fatty acid : 1 respectively. 4. Расширяющая добавка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что указанные кислоты она содержит в виде их растворов и/или расплавов. 4. The expanding additive according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that it contains these acids in the form of their solutions and / or melts. 5. Гидравлическое вяжущее, являющееся продуктом совместного или раздельного с последующим смешением помола матричного ингредиента и расширяющей добавки, включающее в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцемент и/или его разновидности - продукты совместного и/или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а в качестве расширяющей добавки - смесь, содержащую компоненты: минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, отличающееся тем, что органический компонент содержит жирную кислоту высшую и дополнительно ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер имеет состав, мас. %:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20-65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15-30
Двухкальциевый силикат - 0,5-55
Монокальциевый алюминат - 1-5
Ангидрит - 3-10
Примеси - Остальное
при массовом соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компонента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1: 0,025-0,3: 0,02-0,2 соответственно, при следующем массовом соотношении в указанном вяжущем портландцементного клинкера, гипсового камня в пересчете на триоксид серы и указанной расширяющей добавки 100: 2-4: 1,5-4.
5. A hydraulic binder, which is a product of joint or separate grinding, followed by mixing the matrix ingredient and expanding additives, including Portland cement and / or its varieties as products of the matrix ingredient, which provide joint and / or separate grinding and subsequent mixing of Portland cement clinker and gypsum stone, and as an expanding additive - a mixture containing components: mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, characterized in that the organic component contains a higher and additional aromatic acid fatty acid, and the sulfoaluminate clinker has a composition, wt. %:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20-65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15-30
Dicalcium silicate - 0.5-55
Monocalcium Aluminate - 1-5
Anhydrite - 3-10
Impurities - Rest
when the mass ratio in the composition of the specified additives of the indicated mineral component and each of the indicated acids in the organic component is 1: 0.025-0.3: 0.02-0.2, respectively, with the following mass ratio in the specified binder of Portland cement clinker, gypsum stone in terms of sulfur trioxide and said expanding additive 100: 2-4: 1.5-4.
6. Способ изготовления гидравлического вяжущего путем совместного или раздельного с последующим смешением помола матричного ингредиента и расширяющей добавки, включающего в качестве матричного ингредиента, обеспечивающего прочность, портландцемент и/или его разновидности - продукты совместного и/или раздельного с последующим смешением помола портландцементного клинкера и гипсового камня, а в качестве расширяющей добавки - смесь, содержащую компоненты: минеральный - сульфоалюминатный клинкер и органический - жирную кислоту, отличающийся тем, что берут жирную кислоту - высшую и дополнительно - ароматическую кислоту, а сульфоалюминатный клинкер - имеющий состав, мас. %:
Низкоосновный сульфоалюминат кальция - 20-65
Высокоосновный сульфоалюминат кальция - 15-30
Двухкальциевый силикат - 0,5-55
Монокальциевый алюминат - 1-5
Ангидрит - 3-10
Примеси - Остальное
при массовом соотношении в составе указанной добавки указанных минерального компонента и каждой из указанных кислот в органическом компоненте 1: 0,025-0,3: 0,02- 0,2 соответственно и при следующем массовом соотношении в указанном вяжущем портландцементного клинкера, гипсового камня в пересчете на триоксид серы и указанной расширяющей добавки 100: 2-4: 1,5-4, причем обжиг до спекания указанного сульфоалюминатного клинкера осуществляют в восстановительной среде в температурных условиях, обеспечивающих содержание в составе примесей, мас. %: трехкальциевого силиката (3CaO•SiO2) 0,5-3 и майенита (12СаO•7Аl2Oз) и/или его галогенидных и/или сульфидной производных 0,3-2, а совместный или раздельный с последующим смешением помол указанного матричного ингредиента с расширяющей добавкой ведут до образования на частицах получаемого вяжущего равномерно распределенной гидрофобизированной пленки расширяющей фазы, устанавливаемого по критерию формирования после затворения изготовленного вяжущего водой глобулярной массы, гомогенизируемой посредством перемешивания последней с растиранием до получения однородной водно-вяжущей суспензии.
6. A method of manufacturing a hydraulic binder by joint or separate, followed by mixing the grinding of the matrix ingredient and expanding additives, including as a matrix ingredient providing strength, Portland cement and / or its varieties - products of joint and / or separate, followed by mixing the grinding of Portland cement clinker and gypsum stone, and as an expanding additive - a mixture containing components: mineral - sulfoaluminate clinker and organic - fatty acid, distinguishing that they take fatty acid - higher and additionally - aromatic acid, and sulfoaluminate clinker - having the composition, wt. %:
Low basic calcium sulfoaluminate - 20-65
Highly basic calcium sulfoaluminate - 15-30
Dicalcium silicate - 0.5-55
Monocalcium Aluminate - 1-5
Anhydrite - 3-10
Impurities - Rest
when the mass ratio in the composition of the specified additives of the indicated mineral component and each of the indicated acids in the organic component is 1: 0.025-0.3: 0.02-0.2, respectively, and the following mass ratio in the specified binder of Portland cement clinker, gypsum stone in terms of sulfur trioxide and the specified expanding additive 100: 2-4: 1.5-4, moreover, firing before sintering the specified sulfoaluminate clinker is carried out in a reducing medium under temperature conditions, ensuring the content of impurities in the composition, wt. %: Tricalcium silicate (3CaO • SiO 2) and 0.5-3 mayenita (12SaO • 7Al 2 O s) and / or a halogenide and / or sulfide derivatives of 0.3-2, and jointly or separately, followed by mixing of said milling a matrix ingredient with an expanding additive is carried out until the particles of the resulting binder get a uniformly distributed hydrophobized film of the expanding phase, which is established by the criterion for the formation of a globular mass homogenized by mixing the binder with water after mixing eat until a homogeneous water-binder suspension.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что количество указанной глобулярной массы - 40-100 % объема водно-вяжущей суспензии. 7. The method according to p. 6, characterized in that the amount of said globular mass is 40-100% of the volume of the water-binder suspension.
RU2002107243/03A 2002-03-22 2002-03-22 Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof RU2211194C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002107243/03A RU2211194C1 (en) 2002-03-22 2002-03-22 Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002107243/03A RU2211194C1 (en) 2002-03-22 2002-03-22 Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2211194C1 true RU2211194C1 (en) 2003-08-27

Family

ID=29246500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002107243/03A RU2211194C1 (en) 2002-03-22 2002-03-22 Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2211194C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7850776B2 (en) 2004-07-20 2010-12-14 Lafarge High belite-containing sulfoaluminous clinker, method for the production and the use thereof for preparing hydraulic binders
RU2513572C2 (en) * 2008-12-19 2014-04-20 Лафарж Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker
RU2557593C2 (en) * 2010-05-05 2015-07-27 Фив Фсб Grinding of mineral stock containing at least calcium and metal impurities and plant to this end
RU2566524C2 (en) * 2013-10-14 2015-10-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Loosening of contact between ore body and hardening filling mass
CN112374778A (en) * 2020-11-30 2021-02-19 北京中研益工程技术开发中心有限公司 High-strength non-shrinkage road portland cement and preparation method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7850776B2 (en) 2004-07-20 2010-12-14 Lafarge High belite-containing sulfoaluminous clinker, method for the production and the use thereof for preparing hydraulic binders
RU2513572C2 (en) * 2008-12-19 2014-04-20 Лафарж Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker
RU2557593C2 (en) * 2010-05-05 2015-07-27 Фив Фсб Grinding of mineral stock containing at least calcium and metal impurities and plant to this end
RU2566524C2 (en) * 2013-10-14 2015-10-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Loosening of contact between ore body and hardening filling mass
CN112374778A (en) * 2020-11-30 2021-02-19 北京中研益工程技术开发中心有限公司 High-strength non-shrinkage road portland cement and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60029770T2 (en) QUICK-HARDENING ULTRA-EARLY HIGH-RESISTANCE PORTLAND-ARTIFICIAL CEMENT COMPOSITIONS, NEW CLINKS AND MANUFACTURING PROCESSES
Vaičiukynienė et al. Effect of phosphogypsum on the stability upon firing treatment of alkali-activated slag
Gosselin Microstructural development of calcium aluminate cement based systems with and without supplementary cementitious materials
JP5706417B2 (en) Additives for hydraulic binders based on belite-calcium sulfoaluminate-ferrite clinker
Lanas et al. Mechanical properties of masonry repair dolomitic lime-based mortars
Uçal et al. Hydration of alinite cement produced from soda waste sludge
RU2304562C2 (en) Method of production of high-early-strength portland cement and method of production of concrete on base of this cement
CN113716927A (en) Phosphogypsum-based soil curing agent, preparation method thereof, cured sample and preparation method thereof
Forster Hot-lime mortars: a current perspective
EP1384704A1 (en) Expanding admixture, non-shrinking waterproofing Portland cement with expanding admixture and the process of its production
Mangabhai Calcium aluminate cements: proceedings of a symposium dedicated to HG Midgley, London, July 1990
Zhang et al. Sulfate resistance of carbonated ternary mortar blends: Portland cement, reactive MgO and supplementary cementitious materials
Haque et al. Hydration products and microstructural properties analysis of magnesium phosphate cement comprising with industrial residues
RU2211194C1 (en) Expansion additive, hydraulic binder with indicated additive, and a method for preparation thereof
Guerra-Cossío et al. Anhydrite, blast-furnace slag and silica fume composites: properties and reaction products
Bouyahayaoui et al. Mechanical and chemical characterisation of pozzolan of middele atlas in Morocco
López et al. Effect of fly ash and hemihydrate gypsum on the properties of unfired compressed clay bricks
Salvador Accelerated cementitious matrices: hydration, microstructure and mechanical strength
Brosnan Characterization and degradation of masonry mortar in historic brick structures
Dachtar Calcium sulfoaluminate cement as binder for structural concrete
JPH1112006A (en) Cement admixture, cement composition and chemical prestressed concrete using the same
JPH07232944A (en) Cement admixture, cement composition and chemical prestressed concrete using the same
Singh et al. Autoclaved gypsum plaster from selenite and by‐product phosphogypsum
Zhang Delayed ettringite formation in heat cured cementitious systems
Martin et al. Impact of calcium sulfate type and additions on hydration and properties of ettringite-based systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060323