RU2681720C2 - Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties - Google Patents

Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties Download PDF

Info

Publication number
RU2681720C2
RU2681720C2 RU2015129648A RU2015129648A RU2681720C2 RU 2681720 C2 RU2681720 C2 RU 2681720C2 RU 2015129648 A RU2015129648 A RU 2015129648A RU 2015129648 A RU2015129648 A RU 2015129648A RU 2681720 C2 RU2681720 C2 RU 2681720C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
cement
mixture
binder
frost
Prior art date
Application number
RU2015129648A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015129648A (en
Inventor
Валентин Александрович Тюльнин
Юрий Николаевич Кузнецов
Нина Борисовна Котлярова
Наталья Ивановна Котлярова
Валерий Николаевич Калиниченко
Ирина Германовна Степанчикова
Original Assignee
Валентин Александрович Тюльнин
Юрий Николаевич Кузнецов
Нина Борисовна Котлярова
Наталья Ивановна Котлярова
Валерий Николаевич Калиниченко
Ирина Германовна Степанчикова
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 Валентин Александрович Тюльнин, Юрий Николаевич Кузнецов, Нина Борисовна Котлярова, Наталья Ивановна Котлярова, Валерий Николаевич Калиниченко, Ирина Германовна Степанчикова filed Critical Валентин Александрович Тюльнин
Priority to RU2015129648A priority Critical patent/RU2681720C2/en
Publication of RU2015129648A publication Critical patent/RU2015129648A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681720C2 publication Critical patent/RU2681720C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06Quartz; Sand
    • C04B14/062Microsilica, e.g. colloïdal silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/02Alcohols; Phenols; Ethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04Portland cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/30Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing magnesium cements or similar cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0003Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability making use of electric or wave energy or particle radiation
    • C04B40/0007Electric, magnetic or electromagnetic fields

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: mixing of the binder powder in the form of Portland cement or caustic magnesite with a surfactant additive based on polyethylene glycol, followed by ultra-fine grinding of the mixture in an electromagnetic apparatus to a particle size of 60-100 nm by introducing into the mixture a polydisperse fine-grained silica of 50-100 microns in the binder: SiO2=1:2 and mixing the produced mixture with water using Portland cement or an aqueous solution of magnesium chloride using caustic magnesite.
EFFECT: increasing the speed of hardening the hardened material at an early stage, increasing the normalized strength while simultaneous increasing the wear resistance, water and frost resistance of the material.
2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве материалов, изделий и конструкций из них, обладающих высокими физико-механическими, гидроизоляционными и морозостойкими свойствами. The invention relates to the building materials industry and can be used in the production of materials, products and structures from them, having high physical, mechanical, waterproofing and frost-resistant properties.

В технологии получения строительных материалов специального назначения с высокой механической прочностью, износостойкостью водо- и морозоустойчивостью используют высокомарочные цементы и большой арсенал различных способов и технологических приемов: в цементы вводят органо-минеральные добавки (супер- и гиперпластификаторы совместно с минеральным высокопрочным компонентом), гидрофобизирующие добавки и высокоактивные вещества, в качестве наполнителей в материалы вводят тонкодисперсные активные вещества (микрокремнезем, молотые шлаки, шламы доменных печей, золы-унос), производят домол цемента совместно с органоминеральными добавками, увеличивая удельную поверхность частиц и их химическую активность, омагничивают воду при затворении цементной смеси. Известен способ приготовления вяжущего (цемента) [1], включающий совместный помол в две стадии: на первой стадии измельчают смесь портландцементного клинкера, гипса, суперпластификатораС-3 и кремнеземистой минеральной добавки до удельной поверхности 2500-3000 см2/г, а на второй стадии осуществляют домол до удельной поверхности 4500-6000 см2/г с оставшейся минеральной добавкой и структурирующей добавкой.In the technology for producing special-purpose building materials with high mechanical strength, water and frost resistance, high-quality cements and a large arsenal of various methods and technological methods are used: organo-mineral additives (super- and hyperplasticizers together with a high-strength mineral component) are introduced into cements, water-repellent additives and highly active substances, finely dispersed active substances (silica fume, ground slurry, are introduced into the materials as fillers ki, sludge from blast furnaces, fly ash), produce a cement grinding joint with organomineral additives, increasing the specific surface of particles and their chemical activity, magnetize water during mixing of the cement mixture. A known method of preparation of a binder (cement) [1], including joint grinding in two stages: at the first stage, a mixture of Portland cement clinker, gypsum, superplasticizer C-3 and a siliceous mineral additive is ground to a specific surface of 2500-3000 cm 2 / g, and in the second stage carry out a milling to a specific surface of 4500-6000 cm 2 / g with the remaining mineral additive and structuring additive.

Реализация этого способа позволила получить цементы с высоким содержанием минеральных добавок или наполнителей (49-70 мас.%) при сохранении марки вяжущего на уровне М400, М500.The implementation of this method allowed to obtain cements with a high content of mineral additives or fillers (49-70 wt.%) While maintaining the brand of binder at the level of M400, M500.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

- при указанной степени дисперсности частиц (4500…6000 см2/г) данный состав продукта вызывал труднорегулируемое ускорение «схватывания» массы и сильные усадочные явления;- at the indicated degree of dispersion of particles (4500 ... 6000 cm 2 / g), this composition of the product caused difficult to control acceleration of the "setting" of the mass and strong shrinkage phenomena;

- диспергирование смеси до 6000 см2/г в шаровой мельнице требует значительных энергетических затрат.- dispersing a mixture of up to 6000 cm 2 / g in a ball mill requires significant energy costs.

Известен способ производства цемента с минеральной добавкой [2], включающий помол портландцементного клинкера с гипсом, суперпластификаторомС-3, кремнеземнистой минеральной добавкой, с последующим домолом с кремнеземистой минеральной добавкой, отличающийся тем, что осуществляют помол до удельной поверхности 4000…6000 см2/г, а кремнеземистую минеральную добавку используют в количестве 5-28 мас. % от указанных компонентов, домолывают до удельной поверхности 3000-3900 см2/г, при использовании кремнеземистой минеральной добавки в количестве 30-70 мас. % от цемента. По данному способу достигается более эффективное измельчение до 6000 см2/г и механо-химическая активизация зерен клинкера с минимализацией энергозатрат и износа мелющих тел, поскольку зерна клинкера активной минеральной добавки при совместным измельчении с цементным клинкером выполняют роль микромелющих тел. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет вводить значительное количество минеральных добавок и обеспечивать высокие строительно-технические свойства цементного камня. К недостаткам изобретения следует отнести:A known method for the production of cement with a mineral additive [2], including grinding Portland cement clinker with gypsum, superplasticizer C-3, a siliceous mineral additive, followed by grinding with a siliceous mineral additive, characterized in that it is ground to a specific surface of 4000 ... 6000 cm 2 / g and siliceous mineral additive is used in an amount of 5-28 wt. % of these components, milled to a specific surface of 3000-3900 cm 2 / g, using siliceous mineral additives in an amount of 30-70 wt. % of cement. This method achieves a more efficient grinding up to 6000 cm 2 / g and mechanochemical activation of clinker grains with minimization of energy consumption and wear of grinding bodies, since clinker grains of an active mineral additive, when combined with cement clinker, play the role of micronizing bodies. In addition, the proposed technical solution allows you to enter a significant amount of mineral additives and to provide high construction and technical properties of cement stone. The disadvantages of the invention include:

- отсутствие данных о влиянии диспергирования на скорость отверждения массы, водо- и морозостойкость цементного камня;- lack of data on the effect of dispersion on the rate of curing of the mass, water and frost resistance of cement stone;

- изменения нормиврованной прочности свидетельствуют, что диспергирование и активация цемента по данному способу не достаточно эффективны.- changes in the normalized strength indicate that the dispersion and activation of cement by this method is not effective enough.

Известна комплексная добавка для бетонных и затворенных смесей, включающая тонкомолотый минеральный компонент - отход производства ферросилиция на основе SiO2 - микрокремнезем, добавки С-3 и нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, масс. %: микрокремнезем - 10-21, С-3 - 14-32, нитрит натрия - 47-75 [3]A well-known complex additive for concrete and closed mixtures, including a finely ground mineral component is a waste product of the production of ferrosilicon based on SiO 2 - silica fume, additives C-3 and sodium nitrite in the following ratio of components, mass. %: silica fume - 10-21, C-3 - 14-32, sodium nitrite - 47-75 [3]

Микрокремнезем - ультрадисперсный порошок с удельной поверхностью 7000…11000 см2/г. Добавку вводили в портландцемент М-500ДО в количестве 0,5% от массы цемента. Бетоны с указанной добавкой активно набирают прочность как в ранние, так и в последующие сроки тверденияв. Темп набора прочности (по сравнению с бетоном без добавки) составляет 160…170% ранние сроки и 140…150% в возрасте 28…56 суток.Silica fume is an ultrafine powder with a specific surface of 7000 ... 11000 cm 2 / g. The additive was introduced into Portland cement M-500DO in an amount of 0.5% by weight of cement. Concretes with the indicated admixture are actively gaining strength both in the early and subsequent curing periods. The rate of curing (compared to concrete without additives) is 160 ... 170% early and 140 ... 150% at the age of 28 ... 56 days.

К недостаткам данного изобретения следует отнести:The disadvantages of this invention include:

- ограниченный объем информации о влиянии непосредственно комплексной добавки на свойства материала;- limited amount of information about the effect of directly complex additives on the properties of the material;

- из представленных данных нельзя выявить роль ультрадисперсного микрокремнезема в кинетическом процессе, ответственном за быстрые темпы набора прочности материала.- from the data presented it is impossible to identify the role of ultrafine silica fume in the kinetic process, which is responsible for the fast rate of material strength gain.

Способы получения материалов на магнезиальном вяжущем (цементе Сореля), обладающих высокой механической прочностью, водостойкостью и морозостойкостью, в большинстве своем базируются на введении в составы модифицирующих ПАВ и различных высокодисперсных минеральных добавок с большим содержанием активного диоксида кремния. К последним относятся: шлаки, кислые золы, продукты пылеулавливания печей и др.The methods for producing materials on a magnesian binder (Sorel cement), which have high mechanical strength, water resistance, and frost resistance, are mainly based on the introduction of modifying surfactants and various highly dispersed mineral additives with a high content of active silicon dioxide. The latter include: slag, acid ash, dust collection products of furnaces, etc.

Известна сырьевая смесь [4], включающая, мас. %: каустический магнезит - 15,0-21,5; молотый основной гранулированный шлак - 24,0-28,5; молотые колошниковую пыль или шлам газоочистки доменных печей - 9,0-30,0; раствор бишофита с плотностью 1,3 г/см3 - 9,30-11,16; алюмосиликатную добавку (отходы от механической нарезки декоративных шлифов на поверхности хрустальных изделий) - 1,0-5,0.Known raw mix [4], including, by weight. %: caustic magnesite - 15.0-21.5; ground basic granulated slag - 24.0-28.5; ground blast furnace dust or blast furnace gas treatment slurry - 9.0-30.0; bischofite solution with a density of 1.3 g / cm 3 - 9.30-11.16; aluminosilicate additive (waste from mechanical cutting of decorative sections on the surface of crystal products) - 1.0-5.0.

Данная сырьевая смесь имеет в затворенном состоянии повышенную подвижность и жизнеспособность, а при отверждении образует материал с высокой водостойкостью и прочностью на сжатие.This raw material mixture in the closed state has increased mobility and vitality, and upon curing it forms a material with high water resistance and compressive strength.

В то же время предложенная в изобретении смесь имеет существенные недостатки:At the same time, the mixture proposed in the invention has significant disadvantages:

- большое время жизнеспособности в высокоподвижном состоянии и медленный набор прочности (время до начала схватывания, при 20°С составляет от 21 до 28 часов). Это ограничивает возможности использования смеси, композиция дополнительно требует длительного контроля и ухода до ввода в эксплуатацию;- long viability time in a highly mobile state and a slow set of strength (time before setting, at 20 ° C is from 21 to 28 hours). This limits the use of the mixture, the composition additionally requires long-term monitoring and care before commissioning;

- высокое содержание в смеси шлаков и колошниковой пыли или шламов доменных печей повышает прочность материалов при сжатии, их водо- и морозостойкость, но получаются хрупкие материалы;- a high content in the mixture of slag and blast furnace dust or sludge from blast furnaces increases the compressive strength of materials, their water and frost resistance, but brittle materials are obtained;

- использование в качестве компонентов смеси гранулированного шлака, колошниковой пыли, шламов газоочистки, отходов от механической нарезки шлифов накладывает сильные ограничения на производство материалов из-за нестабильности составов указанных отходов.- the use as components of a mixture of granular slag, blast furnace dust, gas treatment sludge, waste from mechanical cutting of thin sections imposes severe restrictions on the production of materials due to the instability of the compositions of these wastes.

Известен способ изготовления изделий на магнезиальном вяжущем [5] путем смешения порошка каустического магнезитового с минеральной добавкой, суперпластификатором С-3, водным раствором хлорида магния, заполнителем и последующим формированием и отверждением полученной смеси. Предложенный способ позволяет повысить прочность магнезиального материала, но прирост прочности невысокий. Кроме того, в изобретении нет данных о водо- и морозоустойчивости полученных материалов и изделий из них. Известен способ изготовления строительных материалов на магнезиальном вяжущем [6], включающий смешение порошка каустического магнезитового, минеральной добавки, суперпластификатора, водного раствора хлорида магния и заполнителя с последующем формированием и отверждением смеси, отличающийся тем, что сначала по крайней мере часть порошка каустического магнезитового активируют совместным помолом с суперпластификатором и минеральной добавкой до удельной поверхности частиц 6000-10000 см2/г, а затем смешивают с остальными указанными компонентами и дополнительно вводимой метилцеллюлозой, причем водный раствор хлорида магния используют с плотностью 1,1…1,31 г/см3, при этом соотношение компонентов при совместном помоле составляет, масс. %: порошок каустический магнезитовый - 60-90; суперпластификатор - 0,5-1,50; минеральная добавка - остальное, а соотношение компонентов в общей смеси, мас. %: указанный водный раствор хлорида магния - 10-35; метилцеллюлоза - 0,02-0,10; порошок каустический магнезитовый 0-10; заполнитель - остальное. В общую смесь дополнительно вводят фибру в количестве 0,025-0,15 мас. % сверх 100%.A known method of manufacturing products on a magnesian binder [5] by mixing a caustic magnesite powder with a mineral additive, C-3 superplasticizer, an aqueous solution of magnesium chloride, aggregate and the subsequent formation and curing of the resulting mixture. The proposed method allows to increase the strength of the magnesian material, but the increase in strength is low. In addition, the invention does not have data on water and frost resistance of the obtained materials and products from them. A known method of manufacturing building materials on a magnesian binder [6], comprising mixing a caustic magnesite powder, mineral additive, superplasticizer, an aqueous solution of magnesium chloride and aggregate, followed by the formation and curing of the mixture, characterized in that at least at least part of the caustic magnesite powder is activated by joint grinding with a superplasticizer and mineral additive to a specific surface area of particles of 6000-10000 cm 2 / g, and then mixed with the rest of the specified composition ntami and additionally introduced methyl cellulose, moreover, an aqueous solution of magnesium chloride is used with a density of 1.1 ... 1.31 g / cm 3 , while the ratio of the components during joint grinding is, mass. %: caustic magnesite powder - 60-90; superplasticizer - 0.5-1.50; mineral additive - the rest, and the ratio of components in the total mixture, wt. %: the specified aqueous solution of magnesium chloride - 10-35; methyl cellulose - 0.02-0.10; caustic magnesite powder 0-10; placeholder - the rest. Fiber in an amount of 0.025-0.15 wt. % over 100%.

Тонкое диспергирование вяжущего совместно с минеральной добавкой и суперпластификатором (до удельной поверхности 6000-10000 см2/г) позволило существенно увеличить нормированную прочность получаемого строительного материала при сжатии (на 25-40%) и повысить прочность на ранней стадии (1 сут) на 25-60% по сравнению с аналогом.Fine dispersion of the binder together with a mineral additive and superplasticizer (up to a specific surface of 6000-10000 cm 2 / g) made it possible to significantly increase the normalized compressive strength of the obtained building material (by 25-40%) and increase the strength at an early stage (1 day) by 25 -60% compared to the analogue.

Это изобретение по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому и принято за прототип.This invention in its technical essence is the closest to the proposed and taken as a prototype.

К недостаткам изобретения следует отнести:The disadvantages of the invention include:

- отсутствие данных о влиянии тонкого диспергирования на водо- и морозоустойчивость получаемых материалов;- lack of data on the effect of fine dispersion on the water and frost resistance of the materials obtained;

- использование при помоле барабанных шаровых мельниц - длительный, энергозатратный и малопривлекательный с точки зрения экологии способ тонкого измельчения веществ. Кроме того, при длительном помоле происходит сильное истирание шаров и продукты истирания адсорбируются на поверхности высокодисперсной смеси, снижая ее качество;- the use of drum ball mills when grinding is a long-term, energy-consuming and environmentally unattractive way of fine grinding of substances. In addition, with prolonged grinding, severe abrasion of the balls occurs and abrasion products are adsorbed on the surface of the finely dispersed mixture, reducing its quality;

- достаточно сложный состав строительного материала, включающий дорогостоящие добавки производства иностранных фирм.- a rather complex composition of building material, including expensive additives produced by foreign firms.

Целью предлагаемого изобретения является разработка способа получения строительных материалов на цементных вяжущих, обеспечивающего повышение физико-механических свойств (скорости набора прочности на раннем этапе отверждения, нормированной прочности, износостойкости), водо- и морозоустойчивости.The aim of the invention is to develop a method for producing building materials on cement binders, providing increased physical and mechanical properties (speed curing at the early stage of curing, normalized strength, wear resistance), water and frost resistance.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения строительных материалов с повышенными физико-механическими и водо- морозоустойчивыми свойствами, включающий смешение порошка вяжущего в виде портландцемента или каустического магнезита с поверхностно-активной добавкой на основе полиэтиленгликоля с последующим ультратонким измельчением смеси в электромагнитном аппарате до размера частиц 60-100 нм, введением в смесь полидисперсного мелкозернистого диоксида кремния крупностью 50-100 мкм в соотношении вяжущее:SiO2 = 1:2 и затворением полученной смеси водой при использовании портландцемента или водным раствором хлористого магния при использовании каустического магнезита.This goal is achieved by the fact that the method of obtaining building materials with improved physicomechanical and water-and-cold resistant properties, comprising mixing a binder powder in the form of Portland cement or caustic magnesite with a surface-active additive based on polyethylene glycol, followed by ultrafine grinding of the mixture in an electromagnetic apparatus to particle size 60-100 nm, the introduction of a mixture of polydisperse fine-grained silicon dioxide with a particle size of 50-100 microns in the ratio of binder: SiO 2 = 1: 2 and mixing the floor learned mixture with water when using Portland cement or an aqueous solution of magnesium chloride when using caustic magnesite.

Для получения строительных материалов в качестве цементных вяжущих использовали: портландцемент М-500 ГОСТ 10178, порошок магнезиальный каустический М-350 ГОСТ 1216-87.To obtain building materials as cement binders used: Portland cement M-500 GOST 10178, magnesia caustic powder M-350 GOST 1216-87.

Магнезиальное вяжущее затворялось на растворе хлористого магния, использован водный раствор плотностью 1,19-1,26 г/см3; хлористый магний - шестиводный кристаллогидрат MgCl2*6H2O, ГОСТ 7759-73 производства ПО «Каустик» (г. Волгоград).Magnesia binder was shut on a solution of magnesium chloride, an aqueous solution of a density of 1.19-1.26 g / cm 3 was used ; magnesium chloride - hexahydrate crystalline hydrate MgCl 2 * 6H 2 O, GOST 7759-73 produced by PA Kaustik (Volgograd).

Мелкозернистый полидисперсный (фракций 50…100 мкм) диоксид кремния Раменского ГОК (Московская обл.) использован в качестве наполнителя.Fine-grained polydisperse (fractions of 50 ... 100 microns) silicon dioxide of the Ramensky GOK (Moscow Region) was used as a filler.

В качестве модифицирующей добавки брали ПАВ на основе полиэтиленгликоля в количестве 2 мас. % от массы цемента.As a modifying additive, surfactants based on polyethylene glycol were taken in an amount of 2 wt. % by weight of cement.

Ультратонкое измельчение и активация цементных вяжущих проводились в лабораторном электромагнитном аппарате (ЭМА-1), где в одном устройстве совмещается воздействие на цемент переменного электромагнитного поля, постоянного магнитного поля и механическое воздействие постоянных магнитов. Электромагнитное измельчение и активация цементов осуществлялись при одном и том же экспериментально выбранном оптимальном режиме работы аппарата. В экспериментах по эффективности ультратонкого измельчения параметры электромагнитного поля менялись в пределах:Ultrafine grinding and activation of cement binders was carried out in a laboratory electromagnetic apparatus (EMA-1), where in one device the effect of alternating electromagnetic field, constant magnetic field and mechanical effect of permanent magnets on cement is combined. Electromagnetic grinding and activation of cements were carried out with the same experimentally selected optimal operating mode of the apparatus. In experiments on the effectiveness of ultrafine grinding, the parameters of the electromagnetic field varied within:

- напряженность поля - от 35 до 60 кА/м;- field strength - from 35 to 60 kA / m;

- частота - от 50 до 100 Гц.- frequency - from 50 to 100 Hz.

Интенсивность измельчения возрастала с увеличением напряженности электромагнитного поля, что вызвано ростом скорости вращения магнитных гранул. За оптимальные параметры поля, при которых осуществлялось измельчение, приняты: напряженность 60 кА/м, частота 50 Гц. Время обработки цемента менялось от 5 до 30 минут с шагом 5 минут. После каждой электромагнитной обработки цемент смешивался с наполнителем (диоксидом кремния), смесь затворялась, отверждалась при комнатной температуре и исследовались свойства полученного материала. В зависимости от времени обработки цементного вяжущего степень его измельчения можно менять в широких пределах - от тонкого (2-10 мкм) до ультратонкого с размерами частицсубнано- (десятые доли мкм) и нанодиапазонов (50-100 нм).The grinding intensity increased with increasing electromagnetic field strength, which is caused by an increase in the rotation speed of the magnetic granules. For the optimal field parameters at which grinding was carried out, the following were taken: tension 60 kA / m, frequency 50 Hz. The cement processing time varied from 5 to 30 minutes in increments of 5 minutes. After each electromagnetic treatment, the cement was mixed with a filler (silicon dioxide), the mixture was closed, cured at room temperature, and the properties of the obtained material were studied. Depending on the processing time of the cement binder, the degree of its grinding can be changed over a wide range - from thin (2-10 μm) to ultrafine with particle sizes of sub- (tenths of microns) and nanoscale (50-100 nm).

Портландцементная основаPortland cement base

Обработка портландцементного вяжущего в электромагнитном поле вызывает изменения свойств как затворенной на его основе массы, так и свойств отвержденного материала. Максимальное изменение свойств наблюдалось после обработки портландцемента в электромагнитном поле в течение 13 минут. Дальнейшее увеличение времени обработки практически не влекло заметных изменений.Processing a Portland cement binder in an electromagnetic field causes changes in the properties of both the mass closed on its basis and the properties of the cured material. The maximum change in properties was observed after processing Portland cement in an electromagnetic field for 13 minutes. A further increase in processing time practically did not entail noticeable changes.

Портландцементные порошки с высоким содержанием оксидов кальция и алюминия сравнительно легко разрушаются до размеров частиц нанодиапазона. На электронно-микроскопических снимках образцов, обработанных в ЭМА в течение 13-15 минут, отсутствовали частицы микродиапазона, средний размер частиц составлял 60 нм (0,06 мкм).Portland cement powders with a high content of calcium and aluminum oxides are relatively easy to break down to the nanoscale particle size. Electron microscopic images of samples treated in an EMA for 13-15 minutes did not contain micro-range particles, the average particle size was 60 nm (0.06 μm).

В таблице 1 показано влияние электромагнитной обработки портландцемента (13 минут) на свойства затворенной массы и цементного камня.Table 1 shows the effect of the electromagnetic treatment of Portland cement (13 minutes) on the properties of the solidified mass and cement stone.

Электромагнитная обработка вызывает довольно резкие изменения свойств как цементного теста, так и полученного цементного камня:Electromagnetic processing causes quite dramatic changes in the properties of both the cement paste and the resulting cement stone:

- падает величина водотвердого отношения от В/Т=0,24 до В/Т=0,1 при получении удобоукладываемой массы (ОК 10 см);- the value of the water-solid ratio drops from V / T = 0.24 to V / T = 0.1 upon receipt of a workable mass (OK 10 cm);

- укорачивается время жизнеспособности массы;- shortens the viability of the mass;

- возрастает плотность массы;- the density of the mass increases;

- в 4 раза увеличивается скорость набора прочности на раннем этапе (1 сут) и ~ в 2 раза нормированная прочность при одновременном резком снижении истираемости материала;- 4 times the speed of curing at an early stage (1 day) and ~ 2 times the normalized strength while a sharp decrease in the abrasion of the material;

- многократно увеличивается морозостойкость и водонепроницаемость.- repeatedly increases frost resistance and water resistance.

Магнезиальная основаMagnesia base

В электромагнитном аппарате обрабатывали каустический магнезит марки М-350, содержащий модифицирующую добавку ПАВ на основе полиэтиленгликоля (2 мас. %).In the electromagnetic apparatus, caustic magnesite of the M-350 brand was processed, containing a modifying surfactant additive based on polyethylene glycol (2 wt.%).

Обработку магнезиального вяжущего проводили при оптимальном режиме работы аппарата. Время обработки менялось от 10 до 30 мин; после обработки вяжущее смешивали с диоксидом кремния в соотношении вяжущее/SiO2=1:2 и полученную смесь затворяли на водном растворе хлорида магния плотностью 1,17…1,26 г/см3. Далее затворенную массу помещали в формы для получения образцов различных размеров, предназначенных для исследования свойств, и отверждали при комнатной температуре.Processing magnesia binder was carried out at the optimal operating mode of the apparatus. Processing time varied from 10 to 30 minutes; after processing, the binder was mixed with silicon dioxide in the ratio of binder / SiO 2 = 1: 2 and the resulting mixture was closed on an aqueous solution of magnesium chloride with a density of 1.17 ... 1.26 g / cm 3 . Next, the sealed mass was placed in molds to obtain samples of various sizes, intended for the study of properties, and solidified at room temperature.

Ультратонкое диспергирование и активация магнезиального вяжущего в электромагнитном поле вызывают, как и в случае портландцемента, сильные изменения свойств как затворенной массы, так и цементного камня. Время обработки, при котором достигается максимальное изменение свойств материала на магнезиальной основе (30 мин), более чем в 2 раза превышает время обработки портландцемента (13 мин).Ultrathin dispersion and activation of a magnesian binder in an electromagnetic field cause, as in the case of Portland cement, strong changes in the properties of both the closed mass and cement stone. The processing time at which the maximum change in the properties of the material on a magnesian basis is achieved (30 min) is more than 2 times the processing time of Portland cement (13 min).

Оксид магния более прочен по сравнению с оксидом кальция, и его разрушение идет труднее. По данным исследования с помощью лазерного анализатора размеров частиц даже после длительной обработки магнезиального цемента в ЭМА в нем присутствуют частицы как нано-, так и микродиапазонов (рис. 1). Исследование распределения частиц после длительной обработки (20-30 минут) сильно затруднено из-за агрегации частиц.Magnesium oxide is more durable than calcium oxide, and its destruction is more difficult. According to a study using a laser particle size analyzer, even after prolonged treatment of magnesia cement in the EMA, particles of both nano and micro ranges are present in it (Fig. 1). The study of the distribution of particles after prolonged treatment (20-30 minutes) is very difficult due to aggregation of particles.

Свойства полученных магнезиальных материалов представлены в таблице 2.Properties of the obtained magnesian materials are presented in table 2.

Изменения свойств материалов на магнезиальном и портландцементном вяжущих подчиняются одной и той же закономерности. С увеличением времени обработки цемента в электромагнитном поле и ростом при этом степени дисперсности частиц вяжущего укорачивается время жизнеспособности удобоукладываемой затворенной массы и уменьшается величина водотвердого отношения для ее создания. Возрастает скорость набора прочности отверждаемой массы на раннем этапе, увеличиваются нормированная прочность материала, износостойкость, водо- и морозоустойчивость. При максимальном времени обработки цемента нормированная прочность материала возрастает почти в два раза, износостойкость, водо- и морозоустойчивость увеличиваются многократно.Changes in the properties of materials on magnesian and Portland cement binders obey the same regularity. With an increase in the time of processing cement in an electromagnetic field and an increase in the degree of dispersion of the binder particles, the viability of a workable sealed mass is shortened and the water-solid ratio for its creation decreases. The rate of set strength of the cured mass increases at an early stage, the normalized material strength, wear resistance, water and frost resistance increase. At maximum cement processing time, the normalized strength of the material almost doubles, wear resistance, water and frost resistance increase many times.

Ультратонкое измельчение и активация цементов в высокоинтенсивных магнитных полях не только резко увеличивают удельную поверхность и вызывают переход активных частиц из объема цементного вяжущего на поверхность, но и генерируют частицы свободно-радикального типа (в результате деструкции химических связей) и возбуждают электронную подсистему атомов. В результате происходит трансформация практически всех химических и физико-химических процессов, протекающих как при затворении цементной массы, так и при ее отверждении: процессов растворения, гидратации частиц, формирования коагуляционных новообразований, образования зародышей кристаллизации, процессов межфазовых взаимодействий. Обработка в электромагнитных полях резко изменяет кинетику процессов, последовательность и полноту протекания многих из них, а также провоцирует процессы, которые не могут осуществляться без участия частиц, возникающих при электромагнитном измельчении и активации.Ultrafine grinding and activation of cements in high-intensity magnetic fields not only sharply increase the specific surface and cause the active particles to pass from the cement binder to the surface, but also generate free-radical particles (as a result of the destruction of chemical bonds) and excite the electronic atom subsystem. As a result, almost all chemical and physicochemical processes are transformed, both during mixing of the cement mass and during its curing: the processes of dissolution, particle hydration, the formation of coagulation neoplasms, the formation of crystallization nuclei, and processes of interphase interactions. Processing in electromagnetic fields dramatically changes the kinetics of processes, the sequence and completeness of many of them, and also provokes processes that cannot be carried out without the participation of particles arising from electromagnetic grinding and activation.

Портландцементный и магнезиальный цементные камни имеют принципиально разные составы, структуры и механизмы перехода затворенных масс в твердое состояние. Основу портландцементного камня, как известно, составляют гидросиликаты кальция, в пустотах которых расположены частицы наполнителя, различные новообразования глобулообразной формы, зерна неполностью прореагировавшего цемента. В основе формирования цементного камня лежат гидратационные процессы.Portland cement and magnesia cement stones have fundamentally different compositions, structures and mechanisms of transition of closed masses into a solid state. The basis of Portland cement stone, as is known, is made up of calcium hydrosilicates, in the voids of which there are filler particles, various neoplasms of a globular shape, and grains of incompletely reacted cement. The formation of cement stone is based on hydration processes.

Основу магнезиального камня составляют кристаллогидраты гидроксосолей 5MgO*MgCl2*15H2O и 3MgO*MgCl2*11H2O, пустоты между которыми заполняют зерна наполнителя, гидроксид магния Mg(OH)2, частицы неполностью прореагировавшего цемента и различные новообразования. Главную роль при формировании магнезиального камня играют межфазовые взаимодействия в системе MgO - MgCl2 - H2O.The basis of the magnesia stone is crystalline hydrates of 5MgO * MgCl 2 * 15H 2 O and 3MgO * MgCl 2 * 11H 2 O hydroxo salts, the voids between which are filled with filler grains, magnesium hydroxide Mg (OH) 2 , particles of incompletely reacted cement and various neoplasms. The main role in the formation of a magnesian stone is played by interphase interactions in the MgO - MgCl 2 - H 2 O system.

Ультратонкое диспергирование и активация частиц портландцемента или магнезиального цемента вызывают, прежде всего, более полное их взаимодействие в затворенной массе, ускорение процесса отверждения и увеличение прочности полученного материала. Присутствие высокоактивных частиц резко усиливает хемосорбционные процессы, повышает скорость гидратации и полноту образования гидросиликатов кальция (портландцементная основа). Тонкодисперсные частицы размерами субнано- и нанодиапазонов уплотняют цементный камень, резко снижают микропористость, заполняют капиллярные каналы, обеспечивая тем самым низкую водопроницаемость и высокую морозостойкость получаемого материала.Ultrathin dispersion and activation of particles of Portland cement or magnesia cement cause, first of all, their more complete interaction in the closed mass, acceleration of the curing process and an increase in the strength of the obtained material. The presence of highly active particles dramatically enhances chemisorption processes, increases the rate of hydration and the completeness of the formation of calcium hydrosilicates (Portland cement base). Fine particles with the sizes of subnano and nanoscale densify the cement stone, sharply reduce microporosity, fill capillary channels, thereby providing low permeability and high frost resistance of the resulting material.

Важную роль в протекании химических и физико-химических процессов играет модифицирующая суперпластифицирующая добавка ПАВ на основе полиэтиленгликоля. Она вызывает не только увеличение подвижности затворенной массы и снижает величину водотвердого отношения, но и инициирует дополнительный диспергирующий эффект частиц цемента и наполнителя, снижая величину поверхностного натяжения на границе раздела фаз «твердое тело - жидкость». Диспергирующий эффект ускоряет процессы формирования новообразований и последующую кристаллизацию.An important role in the course of chemical and physicochemical processes is played by a modifying superplasticizing surfactant additive based on polyethylene glycol. It causes not only an increase in the mobility of the closed mass and reduces the water-solid ratio, but also initiates an additional dispersing effect of cement and filler particles, reducing the surface tension at the solid – liquid interface. The dispersing effect accelerates the formation of neoplasms and subsequent crystallization.

Результаты исследований показали, что путем дополнительной электромагнитной обработки цементов можно практически в 2 раза повысить марку материала: М-350 в М-700, М-500 в М-1000 при одновременном увеличении их гидроизоляционных и морозостойких свойств. Это открывает новые возможности получения строительных материалов специального назначения (подземное строительство, строительство гидротехнических сооружений, аэродромов и т.д.) с повышенными физико-механическими, водо- и морозоустойчивыми свойствами путем дополнительной электромагнитной обработки высокомарочных цементов. В строительных работах открывается также возможность значительно снижать расход цементного вяжущего.The research results showed that by additional electromagnetic processing of cements, it is possible to almost double the grade of material: M-350 in M-700, M-500 in M-1000 while increasing their waterproofing and frost-resistant properties. This opens up new possibilities for obtaining special-purpose building materials (underground construction, construction of hydraulic structures, airfields, etc.) with enhanced physical, mechanical, water and frost-resistant properties by additional electromagnetic treatment of high-quality cements. In construction work, there is also the opportunity to significantly reduce the consumption of cement binder.

Заявленный способ получения строительных материалов, в основе которого лежит ультратонкое измельчение и активация цементного вяжущего в электромагнитных полях, и свойства материалов связаны между собой единым изобретательским замыслом, приводящим к достижению полученных результатов и позволяющим создавать материалы с повышенными физико-механическими, водо- и морозоустойчивыми свойствами. Такая возможность у прототипа и аналогов крайне ограничена из-за недостаточной изученности свойств материалов и отрывочности представленной информации в целом. Сопоставительный анализ результатов заявленного изобретения и полученных данных прототипа и аналогов показывает, что традиционные методы измельчения и активации цементов недостаточно эффективны и значительно уступают способу обработки их в интенсивных электромагнитных полях.The claimed method of producing building materials, which is based on ultrafine grinding and activation of cement binder in electromagnetic fields, and the properties of the materials are interconnected by a single inventive concept, leading to the achievement of the results and allowing the creation of materials with enhanced physical, mechanical, water and frost resistant properties . Such a possibility for the prototype and analogues is extremely limited due to insufficient knowledge of the properties of materials and fragmentary information presented in general. A comparative analysis of the results of the claimed invention and the obtained data of the prototype and analogues shows that traditional methods of grinding and activation of cements are not effective enough and significantly inferior to the method of processing them in intense electromagnetic fields.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2167114,2001. Способ производства вяжущего (цемента).1. RF patent No. 2167114,2001. Method for the production of binder (cement).

2. Патент РФ №2371402, 2007. Способ производства цемента с минеральной добавкой.2. RF patent No. 2371402, 2007. Method for the production of cement with a mineral additive.

3. Патент РФ №2308429, 2006. Комплексная добавка для бетонных и растворенных смесей.3. RF patent №2308429, 2006. Complex additive for concrete and dissolved mixtures.

4. Патент РФ №2130437, 1998. Сырьевая смесь.4. RF patent №2130437, 1998. Raw mix.

5. Патент РФ №2121987, 1988. Способ изготовления изделий на магнезиальном вяжущем.5. RF patent №2121987, 1988. A method of manufacturing products on a magnesian binder.

6. Патент РФ №2222508, 2002. Способ изготовления строительных материалов на магнезиальной основе (прототип).6. RF patent №2222508, 2002. A method of manufacturing building materials on a magnesian basis (prototype).

Claims (1)

Способ получения строительных материалов с повышенными физико-механическими и водо-морозоустойчивыми свойствами, включающий смешение порошка вяжущего в виде портландцемента или каустического магнезита с поверхностно-активной добавкой на основе полиэтиленгликоля с последующим ультратонким измельчением смеси в электромагнитном аппарате до размера частиц 60-100 нм введением в смесь полидисперсного мелкозернистого диоксида кремния крупностью 50-100 мкм в соотношении вяжущее:SiO2 = 1:2 и затворением полученной смеси водой при использовании портландцемента или водным раствором хлористого магния при использовании каустического магнезита.A method of obtaining building materials with improved physicomechanical and water-frost-resistant properties, comprising mixing a binder powder in the form of Portland cement or caustic magnesite with a surface-active additive based on polyethylene glycol, followed by ultrafine grinding of the mixture in an electromagnetic apparatus to a particle size of 60-100 nm by introducing polydisperse mixture of fine silica particle size of 50-100 microns in a ratio of binder: SiO 2 = 1: 2 and mixing the resulting mixture with water using n rtlandtsementa or an aqueous solution of magnesium chloride using caustic magnesite.
RU2015129648A 2015-07-20 2015-07-20 Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties RU2681720C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129648A RU2681720C2 (en) 2015-07-20 2015-07-20 Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129648A RU2681720C2 (en) 2015-07-20 2015-07-20 Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015129648A RU2015129648A (en) 2017-01-25
RU2681720C2 true RU2681720C2 (en) 2019-03-12

Family

ID=58450566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015129648A RU2681720C2 (en) 2015-07-20 2015-07-20 Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681720C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1559112A1 (en) * 1987-07-01 1990-04-23 Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Method of preparing foamed cement composition for limiting water inflow into hole
RU2098381C1 (en) * 1995-05-04 1997-12-10 Бондарев Юрий Иванович Method for production of raw materials mixture for manufacturing the building articles
RU2222508C1 (en) * 2002-08-20 2004-01-27 Усов Михаил Витальевич Method of manufacture of building materials on base of magnesial binder
RU2378218C2 (en) * 2008-02-19 2010-01-10 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ Научно-производственное предприятие "МагиЛит" Raw composition for manufacturing of construction materials and products
US20100095874A1 (en) * 2007-03-14 2010-04-22 Thomas Sievers Method for manufacturing mineral building materials via binding agent suspensions
RU2012104473A (en) * 2012-02-09 2013-08-20 Георгий Феликсович Макоев BINDER, METHOD FOR PRODUCING BINDER AND METHOD FOR PRODUCING BUILDING, FINISHING AND HEAT-INSULATING MATERIALS

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1559112A1 (en) * 1987-07-01 1990-04-23 Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Method of preparing foamed cement composition for limiting water inflow into hole
RU2098381C1 (en) * 1995-05-04 1997-12-10 Бондарев Юрий Иванович Method for production of raw materials mixture for manufacturing the building articles
RU2222508C1 (en) * 2002-08-20 2004-01-27 Усов Михаил Витальевич Method of manufacture of building materials on base of magnesial binder
US20100095874A1 (en) * 2007-03-14 2010-04-22 Thomas Sievers Method for manufacturing mineral building materials via binding agent suspensions
RU2378218C2 (en) * 2008-02-19 2010-01-10 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ Научно-производственное предприятие "МагиЛит" Raw composition for manufacturing of construction materials and products
RU2012104473A (en) * 2012-02-09 2013-08-20 Георгий Феликсович Макоев BINDER, METHOD FOR PRODUCING BINDER AND METHOD FOR PRODUCING BUILDING, FINISHING AND HEAT-INSULATING MATERIALS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 2010095874), 22.04.2010. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015129648A (en) 2017-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tan et al. Utilization of lithium slag by wet-grinding process to improve the early strength of sulphoaluminate cement paste
Kaze et al. Effect of silicate modulus on the setting, mechanical strength and microstructure of iron-rich aluminosilicate (laterite) based-geopolymer cured at room temperature
Nimwinya et al. A sustainable calcined water treatment sludge and rice husk ash geopolymer
Mo et al. Effectiveness of using CO2 pressure to enhance the carbonation of Portland cement-fly ash-MgO mortars
US3852084A (en) Cementitious composition containing activated lime-fly ash mixture
US5804175A (en) Method for producing cement
Wang et al. Efficiency of wet-grinding on the mechano-chemical activation of granulated blast furnace slag (GBFS)
US4018619A (en) Highly activated mixtures for constructing load bearing surfaces and method of making the same
JP7173970B2 (en) Landscape product manufacturing method
RU2371402C2 (en) Method of producing cement with mineral additive
Zheng et al. Characterizing properties of magnesium oxychloride cement concrete pavement
He et al. Recycling of plastic waste concrete to prepare an effective additive for early strength and late permeability improvement of cement paste
Peng et al. Mechanism underlying early hydration kinetics of carbonated recycled concrete fines-ordinary portland cement (CRCF-OPC) paste
RU2014138999A (en) METHOD FOR PRODUCING CEMENT, mortars, concrete compositions containing fillers based on calcium carbonate, Organosilicon substance, the aforementioned "mixed filler" processed superplasticizer OBTAINED cement composition and cement materials and their application
RU2681720C2 (en) Method of producing building materials with high physical-mechanical and water-frost-resistant properties
CN108424023B (en) Hydrophobic material and preparation method and application thereof
Sverguzova et al. Using ferruginous quartzite tailings in dry building mixes
Sharobim et al. Optimizing sonication time and solid to liquid ratio of nano-silica in high strength mortars
Li et al. Improving the volume stability of steel slag for construction and building materials
JPWO2018102931A5 (en)
Yang et al. Preparation of micro-iron ore tailings by wet-grinding and its application in sulphoaluminate cement
RU2563264C1 (en) Manufacturing method of complex nanodisperse additive for high-strength concrete
Matos et al. Strength, ASR and chloride penetration of mortar with granite waste powder
KR100538374B1 (en) Preparing method of solidifier and solidification of soil thereof
Prathebha et al. Effect of nanoparticles on strength and durability properties on cement mortar

Legal Events

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

Effective date: 20200721