RU2767481C1 - Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement - Google Patents

Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement Download PDF

Info

Publication number
RU2767481C1
RU2767481C1 RU2021129710A RU2021129710A RU2767481C1 RU 2767481 C1 RU2767481 C1 RU 2767481C1 RU 2021129710 A RU2021129710 A RU 2021129710A RU 2021129710 A RU2021129710 A RU 2021129710A RU 2767481 C1 RU2767481 C1 RU 2767481C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iron
cement
expanding
slag
blast
Prior art date
Application number
RU2021129710A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Валентиновна Митюкова
Сергей Вадимович Волохов
Михаил Юрьевич Титов
Роман Сергеевич Браулов
Original Assignee
Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь»)
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 Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь») filed Critical Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь»)
Priority to RU2021129710A priority Critical patent/RU2767481C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767481C1 publication Critical patent/RU2767481C1/en

Links

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
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/06Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08Flue dust, i.e. fly ash
    • 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
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • C04B18/14Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • 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
    • C04B22/00Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • 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
    • 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
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

FIELD: construction materials.
SUBSTANCE: invention relates to an expanding admixture for tensioning and expanding cements. The expanding additive includes blast-furnace granulated slag, gypsum stone and alumina slag, and additionally contains iron-containing pulverized waste with a particle size of 1-200 microns. To prepare the mixture, components with a moisture content of 1-5% are used.
EFFECT: invention improves the strength characteristics of cements.
2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии смешанных вяжущих материалов и может быть использовано при изготовлении цементов. The invention relates to the technology of mixed binders and can be used in the manufacture of cements.

Расширяющийся цемент – это продукт, получаемый тщательным смешиванием цемента и расширяющиеся добавки. Отличительным свойством расширяющихся цементов является способность к расширению в процессе схватывания и твердения. Расширение цементного камня основано на росте кристаллов образующегося при их твердении гидросульфоалюмината кальция.Expandable cement is a product obtained by thoroughly mixing cement and expanding additives. A distinctive property of expanding cements is their ability to expand during setting and hardening. The expansion of cement stone is based on the growth of crystals of calcium hydrosulfoaluminate formed during their hardening.

Введение расширяющей добавки в процессе приготовления цементной смеси регулирует энергию расширения вяжущего, что позволяет получать бетоны для сборного и монолитного строительства, как с компенсированной усадкой, так и напрягающие с различной энергией самонапряжения.The introduction of an expanding additive during the preparation of a cement mixture regulates the expansion energy of the binder, which makes it possible to obtain concrete for prefabricated and monolithic construction, both with compensated shrinkage and stressing with different self-stress energies.

Расширяющие добавки исключают усадки цементного камня при его твердении, обеспечивают линейное расширение цементного камня.Expanding additives exclude shrinkage of the cement stone during its hardening, provide linear expansion of the cement stone.

Расширяющийся цемент пользуется спросом за счет следующих эксплуатационных преимуществ: повышенные адгезионные свойства и равномерное расширение, способствующие плотному прилеганию раствора к основе и постепенному заполнению пустот и трещин.Expanding cement is in demand due to the following operational advantages: increased adhesive properties and uniform expansion, contributing to the tight fit of the mortar to the base and the gradual filling of voids and cracks.

Недостатком расширяющихся цементов является высокая водопроницаемость в связи с тем, что при затвердении в поверхности остаются воздушные микроскопические полости, что может повлечь разрушение материала. The disadvantage of expanding cements is high water permeability due to the fact that during hardening, air microscopic cavities remain in the surface, which can lead to the destruction of the material.

Заявленное изобретение направлено на повышение водонепроницаемости и на повышение физико-механических характеристик.The claimed invention is aimed at improving water resistance and improving physical and mechanical characteristics.

Известно расширяющееся вяжущее, содержащее двуводный гипс, доменный гранулированный шлак, ваграночный шлак, железосодержащий отход листопрокатного производства, жидкое стекло, фильтр-прессные известьсодержащие отходы сахарного производства, негашеную известь, глиноземсодержащий отход гальванического цеха алюминиевого производства и цементный клинкер [Авторское свидетельство № 1413072, МПК С04B7/14, 1988].Known expanding binder containing dihydrate gypsum, blast-furnace granulated slag, cupola slag, iron-containing waste sheet production, water glass, filter-press lime-containing waste sugar production, quicklime, alumina-containing waste from the galvanizing shop of aluminum production and cement clinker [Author's certificate No. 1413072, IPC C04B7/14, 1988].

Недостатком данного изобретения является сложный состав расширяющей добавки и нестабильность ее расширяющихся свойств, в связи с неустойчивой активностью извести, которая на воздухе быстро карбонизируется и теряет свою активность, что может негативно сказаться на процессе расширения, что может поспособствовать ухудшению физико-механических характеристик, а также ухудшению водонепронецаемости.The disadvantage of this invention is the complex composition of the expanding additive and the instability of its expanding properties, due to the unstable activity of lime, which quickly carbonizes in air and loses its activity, which can adversely affect the expansion process, which can contribute to the deterioration of physical and mechanical characteristics, as well as deterioration of water resistance.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является расширяющая добавка к цементу, включающая, мас.%: глиноземистый шлак 4 - 6, двуводный гипс 22 - 24, доменный гранулированный шлак 60 - 69, отход производства мокрого обогащения железной руды на основе SiO2 5 - 10 [Патент RU № 2049081, МПК C04B28/04, C04B28/04, C04B22/06, C04B7/00, 1995].The closest in technical essence to the proposed technical solution is an expanding additive to cement, including, wt.%: alumina slag 4 - 6, gypsum dihydrate 22 - 24, granulated blast furnace slag 60 - 69, waste from the production of wet enrichment of iron ore based on SiO 2 5 - 10 [Patent RU No. 2049081, IPC C04B28/04, C04B28/04, C04B22/06, C04B7/00, 1995].

Недостатком данного изобретения является то, что высокие физико-механические показатели плотности, прочности при сжатии и на растяжение при изгибе, а также самонапряжения цемента достигаются только при высоких температурах 90о С. Однако при комнатной температуре 20 о С эти показатели значительно ниже. Также отсутствуют данные по водонепроницаемости, что является важной характеристикой цементного покрытия.The disadvantage of this invention is that high physical and mechanical properties of density, compressive strength and tensile strength in bending, as well as cement self-stress are achieved only at high temperatures of 90 ° C. However, at room temperature 20 ° C , these indicators are much lower. There is also no data on water resistance, which is an important characteristic of the cement coating.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение расширяющей добавки, используемой для производства напрягающих и расширяющихся цементов, способствующей повышению физико-механических характеристик цемента, содержащего такую добавку, по сравнению с прототипом при комнатной температуре 20оС, а также возможность утилизации невостребованных пылевидных отходов металлургического производства. The technical result of the claimed invention is the production of an expanding additive used for the production of stressing and expanding cements, which improves the physical and mechanical characteristics of cement containing such an additive, compared with the prototype at room temperature 20 ° C, as well as the possibility of recycling unclaimed dusty waste from metallurgical production.

Указанный технический результат достигается тем, что расширяющая добавка к цементу, включает доменный гранулированный шлак, гипсовый камень и глиноземистый шлак, согласно изобретению, дополнительно содержит железосодержащие пылевидные отходы, с размером частиц 1-200 мкм, и микрокремнезем, при следующих соотношениях компонентов, мас. %:The specified technical result is achieved by the fact that the expanding additive to cement, includes blast-furnace granulated slag, gypsum stone and alumina slag, according to the invention, additionally contains iron-containing pulverized waste, with a particle size of 1-200 microns, and microsilica, in the following ratios, wt. %:

доменный гранулированный шлакblast furnace granulated slag 55,0 – 75,0 55.0 - 75.0 гипсовый каменьgypsum stone 18,0 – 23,0 18.0 - 23.0 глиноземистый шлакaluminous slag 2,5 – 8,0 2.5 - 8.0 железосодержащие пылевидные отходыiron-containing pulverized waste металлургического производстваmetallurgical production с размером частиц 1-200 мкмwith a particle size of 1-200 microns 3,5 – 11,0 3.5 - 11.0 микрокремнеземmicrosilica 1,0 – 3,0 1.0 - 3.0

При этом для приготовления расширяющей добавки используют компоненты с влажностью 1 – 5 % и удельной поверхностью 3500±200 см2/г. At the same time, components with a moisture content of 1–5% and a specific surface area of 3500 ± 200 cm 2 /g are used to prepare an expanding additive.

Сущность изобретения.The essence of the invention.

Суть получения расширяющегося цементного камня заключается в проявлении и регулировании собственных напряжений. Для того чтобы собственные напряжения привели к существенному расширению без разрушения связей между элементами пористой структуры, структура должна быть способна к пластической деформации.The essence of obtaining an expanding cement stone is the manifestation and regulation of its own stresses. In order for self-stresses to lead to a significant expansion without destroying the bonds between the elements of the porous structure, the structure must be capable of plastic deformation.

Предлагаемый состав расширяющей добавки отличается от известной тем, что дополнительно содержит железосодержащие пылевидные отходы доменного производства чугуна, с размером частиц 1-200 мкм. The proposed composition of the expanding additive differs from the known one in that it additionally contains iron-containing pulverized waste from blast-furnace iron production, with a particle size of 1-200 microns.

Использование железосодержащих пылевидных отходов доменного производства чугуна, с размером частиц 1-200 мкм в составе расширяющей добавки для цемента способствует повышению плотности и прочности смеси с цементом, а также повышению однородности состава смеси.The use of iron-containing pulverized waste from blast-furnace production of pig iron, with a particle size of 1-200 microns, as part of an expanding additive for cement, helps to increase the density and strength of the mixture with cement, as well as to increase the uniformity of the composition of the mixture.

Источниками пылевидных отходов доменного производства чугуна является как доменное производство чугуна, так и рудный и литейный дворы.The sources of pulverized waste from blast-furnace iron production are both blast-furnace iron production and ore and foundry yards.

В производстве чугуна и стали образуется значительное количество необработанных отходов в виде пыли, основу которой составляет оксид железа(III). Отходы складируются на временных площадках и вывозятся на полигоны для захоронения. In the production of iron and steel, a significant amount of untreated waste is generated in the form of dust, the basis of which is iron (III) oxide. Waste is stored at temporary sites and transported to landfills for disposal.

Пыли металлургических предприятий по химическому составу отличаются друг от друга и могут изменяться в широких пределах. Преимуществом пыли, позволяющим использовать ее при получении расширяющей добавки является большое содержание оксида железа (III), пониженное содержание влаги и высокая степенью раздробленности слагающих отход частиц.The chemical composition of dusts from metallurgical enterprises differs from each other and can vary widely. The advantage of the dust, which makes it possible to use it in obtaining an expanding additive, is a high content of iron oxide (III), a low moisture content, and a high degree of fragmentation of the particles that make up the waste.

Пыль и газообразные выбросы из доменных и сталеплавильных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. С доменным газом из печи выносится пыль, внесенная с шихтой и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.Dust and gaseous emissions from blast furnaces and steelmaking are produced by complex physical and chemical processes. With blast-furnace gas, the dust introduced with the charge and the dust that appeared during the friction of the charge column in the blast furnace itself are removed from the furnace.

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9-55 г/м куб., а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м куб./т влажного кокса, или 4000 м куб./т сухого кокса, или 2000-2500 м куб. на 1 т чугуна.The mass of dust introduced by blast-furnace gases is 20-100 kg/t of pig iron. The average dust content of blast-furnace gases is 9-55 g/m3, and in case of malfunctions or small charge it can reach 200 g/m3. The amount of blast-furnace gas produced is 3880 m3/t of wet coke, or 4000 m3/t of dry coke, or 2000-2500 m3. per 1 ton of cast iron.

Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке чугуна пыль может содержать, %: SiO2 - 14,6; MgO - 4,35; Al2O3 - 4.35; CaO – 11,85; S- 0.74; MnO- 3.75, остальное - оксиды железа.The chemical composition of dust varies widely. For example, when smelting pig iron, the dust may contain, %: SiO 2 - 14.6; MgO - 4.35; Al 2 O 3 - 4.35; CaO - 11.85; S-0.74; MnO- 3.75, the rest is iron oxides.

Максимальное количество железа содержится в колошниковой пыли (до 40%).The maximum amount of iron is contained in flue dust (up to 40%).

На рудном дворе пыль с высоким содержанием оксида железа (III) выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли с высоким содержанием оксида железа(III) на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м куб.At the ore yard, dust with a high content of iron oxide (III) is released during unloading of wagons, reloading ore, feeding ore to the bunker rack, etc. The specific emission of dust at the ore yard is approximately 50 kg per 1 ton of pig iron, and at the bunker rack - 20 kg per 1 ton of cast iron. The concentration of dust with a high content of iron(III) oxide in the ore yard and the bunker rack ranges from 17 to 1000 mg/m3.

Наибольшее количество пыли с высоким содержанием оксида железа (III) выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м куб.The largest amount of dust with a high content of iron oxide (III) is emitted in the under-bunker room, where raw materials are unloaded into the scale car. The concentration of dust in the air under the bunker premises reaches 500 mg/m3.

В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2.5 кг пыли на каждую тонну чугуна. In the under-bunker rooms, equipped with conveyors, about 2.5 kg of dust is sucked off by the aspiration system for each ton of pig iron.

На литейном дворе пыль с высоким содержанием оксида железа (III) выделяется от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы пыли в этом случае составляет 400-700 г пыли на 1 т чугуна.In the foundry yard, dust with a high content of iron oxide (III) is emitted from the tapholes of pig iron and slag, troughs of the drain areas and ladles. The specific dust output in this case is 400-700 g of dust per 1 ton of cast iron.

Максимальное количество пыли выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. The maximum amount of dust is emitted during the tapping of pig iron and slag.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150-1500 мг/м куб.; максимальная концентрация наблюдается над главным желобом и ковшом для чугуна.The average concentration of dust during the release period is 150-1500 mg/m3; the maximum concentration is observed above the main chute and ladle for pig iron.

Таким образом использование железосодержащих пылевидных отходов доменного производства чугуна является на данный момент очень актуальным.Thus, the use of iron-containing pulverized waste from blast-furnace iron production is currently very relevant.

Химический состав доменных шлаков представлен в основном четырьмя оксидами: СаО (29-30%), MgO (0-18%), Аl2 03 (5-23%) и Si02 (30—40%). В небольшом количестве в них содержатся оксиды железа (0,2—0,6%) и марганца (0,3—1%), а также сера (0,5—3,1%). The chemical composition of blast-furnace slags is represented mainly by four oxides: CaO (29-30%), MgO (0-18%), Al 2 0 3 (5-23%) and Si0 2 (30-40%). In a small amount they contain oxides of iron (0.2-0.6%) and manganese (0.3-1%), as well as sulfur (0.5-3.1%).

Большинство доменных шлаков характеризуется основностью (СаО/SiO2 ) в пределах 1,0-1,2 и содержанием Аl203 и MgO 3-20 и 5-15.Most blast-furnace slags are characterized by basicity (CaO/SiO 2 ) in the range of 1.0-1.2 and content of Al 2 0 3 and MgO 3-20 and 5-15.

В зависимости от соотношения СаО/ Si02 и (СаО + MgO)/ Si02 шлаки подразделяют на основные и менее основными.Depending on the ratio of CaO / Si0 2 and (CaO + MgO) / Si0 2 , slags are divided into basic and less basic.

На Череповецком металлургическом комбинате при выплавке низкосернистых чугунов доменный шлак является менее основным, содержащим: MgO составляет 10-12%, а соотношение СаО/SiO2 и (СаО + MgO)/ SiO2 составляет 1 и 1,3. At the Cherepovets Metallurgical Plant, when smelting low-sulfur iron, blast-furnace slag is less basic, containing: MgO is 10-12%, and the ratio of CaO / SiO 2 and (CaO + MgO) / SiO 2 is 1 and 1.3.

Химический состав доменного шлака позволяет использовать его вместо глинистого и части карбонатного компонентов в составе сырьевой смеси расширяющей добавки. The chemical composition of blast-furnace slag makes it possible to use it instead of clay and part of the carbonate components in the composition of the raw mixture of expanding additives.

Содержание железа в необработанных конвертерных и мартеновских шлаках сталеплавильного производства очень высокое (45-65 мас.%). При этом химический состав шлаков газоочисток электросталеплавильных печей непостоянен, так как зависит от марки выплавляемой стали и отличается более низким содержанием железа, а также наличием примесей цветных металлов. The iron content in untreated converter and open-hearth slags of steelmaking is very high (45-65 wt.%). At the same time, the chemical composition of slags from gas cleaning of electric furnaces is not constant, since it depends on the grade of steel being smelted and is characterized by a lower iron content, as well as the presence of non-ferrous metal impurities.

Обычно при изготовлении цемента используют шлаки в гранулированном виде. Грануляцию шлака осуществляют либо у плавильного агрегата, либо на отдельно стоящих установках, с транспортировкой к ним шлакового расплава в ковшах. Основная масса шлаковых расплавов перерабатывается во внепечных гидрожелобах, бассейновых и барабанных установках. Дробление шлака в этих установках производится водяной или водовоздушной струей. Установки потребляют большое воды, которая после использования нуждается в очистке, поэтому дополнительное использование необработанных железосодержащих пылевидных отходов доменного производства чугуна, не подвергнутых гранулированию и другой дополнительной обработке, позволяет существенно снизить затраты на переработку отходов производства. Usually in the manufacture of cement, slags are used in granular form. Slag granulation is carried out either at the melting unit, or at separate installations, with the molten slag being transported to them in ladles. The main mass of slag melts is processed in out-of-furnace water troughs, pool and drum plants. Crushing of slag in these installations is carried out by water or air jet. The plants consume a lot of water, which after use needs to be cleaned, so the additional use of untreated iron-containing dust-like waste from blast-furnace iron production, not subjected to granulation and other additional processing, can significantly reduce the cost of processing waste.

Гипсовый камень, является породой осадочного происхождения с примесями доломита, ангидрид, гидрооксида железа, серы, кварцита, состоящей в основном из минерала CaSO4⋅2H2O.Gypsum stone is a rock of sedimentary origin with impurities of dolomite, anhydride, iron hydroxide, sulfur, quartzite, consisting mainly of the mineral CaSO 4 ⋅ 2H 2 O.

Основной целью добавления гипса в вяжущие для цементов является замедление процесса гидратации цемента после его смешивания с водой.The main purpose of adding gypsum to cement binders is to slow down the hydration process of the cement after it has been mixed with water.

Процесс, связанный с гидратацией цемента, заключается в следующем. Вода добавляется в цемент, после чего цемент начинает затвердевать. Время процесса затвердевания очень мало, поэтому цемент постоянно перемешивают.The process associated with cement hydration is as follows. Water is added to the cement, after which the cement begins to harden. The hardening process is very short, so the cement is constantly stirred.

Когда гипс и вода добавляются в цемент, происходит реакция с катионами частиц входящих в состав цемента алюминатов с полуводным гипсом (гипсовым камнем или гидроксидом кальция). When gypsum and water are added to cement, a reaction occurs with the cations of the particles of the aluminates included in the cement with semi-aqueous gypsum (gypsum stone or calcium hydroxide).

В итоге формируется гидросульфоалюминат кальция, или эттрингит - минерал с беловатым или желтоватым цветом, производное алюминия и кальция, сульфат.As a result, calcium hydrosulfoaluminate, or ettringite, is formed - a mineral with a whitish or yellowish color, a derivative of aluminum and calcium, sulfate.

Эттрингит изначально может быть сформирован как очень мелкозернистые кристаллы, которые образуют покрытие на поверхности частиц. Эти кристаллы слишком малы, чтобы перекрывать промежутки между частицами цемента. Поэтому цементная смесь остается пластичной и пригодной.Ettringite can initially be formed as very fine grained crystals that form a coating on the surface of the particles. These crystals are too small to bridge the gaps between cement particles. Therefore, the cement mixture remains plastic and suitable.

Одной из главных причин уменьшения прочности цемента является позднее образование эттрингита при действии различных факторов окружающей среды.One of the main reasons for the decrease in the strength of cement is the late formation of ettringite under the influence of various environmental factors.

Первичное образование кристаллов эттрингита в начальной фазе гидратации сказывается конструктивно на эффекте регулирования схватывания, а позднее образование кристаллов эттрингита вызывает деструктивные процессы.The primary formation of ettringite crystals in the initial phase of hydration has a constructive effect on the setting control effect, and later the formation of ettringite crystals causes destructive processes.

Введение в состав расширяющей добавки микрокремнезема - ультрадисперсного материала, состоящего в основном из диоксида кремния SiO2.Introduction to the composition of the expanding additive microsilica - ultrafine material, consisting mainly of silicon dioxide SiO 2 .

Для первичного образования кристаллов эттрингита в начальной фазе гидратации в состав расширяющей добавки, согласно заявленному изобретению, вводят микрокремнезем - ультрадисперсный материал, состоящий в основном из диоксида кремния SiO2.For the primary formation of ettringite crystals in the initial phase of hydration, microsilica is introduced into the composition of the expanding additive, according to the claimed invention - an ultrafine material consisting mainly of silicon dioxide SiO 2 .

Микрокремнезем – это вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающее высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью, устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой.Microsilica is a substance consisting of colorless crystals, which has high strength, hardness and refractoriness, is resistant to acids and does not interact with water.

Аморфный микрокремнезем способен при нормальной температуре реагировать с гидроксидом кальция с образованием тоберморитоподобных гидросиликатов кальция, что обеспечивает прочность и долговечность цементного камня. Amorphous microsilica is capable of reacting with calcium hydroxide at normal temperature to form tobermorite-like calcium hydrosilicates, which ensures the strength and durability of the cement stone.

Шлаки металлургического производства являются материалами с потенциально вяжущими свойствами.Metallurgical production slags are materials with potentially binding properties.

Глиноземистый шлак, используемый в заявленном составе, представляет собой высокоглиноземистый доменный шлак, содержащий мас. SiO2 7-12; Al2O3 44-50; CaO 40-43; S 0,7-1,0, MgO 1-3, FeO 0,2-0,5.The alumina slag used in the claimed composition is a high alumina blast furnace slag containing wt. SiO 2 7-12; Al 2 O 3 44-50; CaO 40-43; S 0.7-1.0, MgO 1-3, FeO 0.2-0.5.

Использование глиноземистого шлака в составе способствует достижению нормативной прочности цемента в течение короткого времени после затворения водой. The use of aluminous slag in the composition contributes to the achievement of the normative strength of cement within a short time after mixing with water.

В ближайшем аналоге, выбранном в качестве прототипа, для получения хороших физико-механических показателей образцов цемента, включающего расширяющую добавку, образцы нагревают до 90оС. Такой эффект связан с тем, что эттрингит неустойчив при повышенной температуре и при температуре более 80—90оС превращается в моносульфатную форму 3CaO⋅Al2Oз⋅CaSO4⋅12H2O (С3А^Н12), что исключает позднее образования кристаллов эттрингита, способствующее образованию трещин в затвердевшем цементе и повышению прочностных характеристик. In the closest analogue, chosen as a prototype, to obtain good physical and mechanical properties of cement samples, including an expanding additive, the samples are heated to 90 o C. This effect is due to the fact that ettringite is unstable at elevated temperatures and at temperatures above 80-90 o C turns into the monosulfate form 3CaO⋅Al 2 O z ⋅CaSO4⋅12H2O (C 3 A^H12), which excludes the later formation of ettringite crystals, which contributes to the formation of cracks in the hardened cement and an increase in strength characteristics.

В заявленном изобретении синергизм заключается в том, что добавление в состав расширяющей добавки шлака сталеплавильного производства, стабилизированного для предотвращения силикатного распада гранулированной пылью газоочистки электродуговых сталеплавильных печей, с содержанием оксидов железа Fe2O3 не менее 45%, в количестве 2-5% от массы обрабатываемого шлака, и микрокремнезема, без нагрева готовых образцов цемента до 90оС, способствовало повышению физико-механических показателей по сравнению с прототипом.In the claimed invention, the synergy lies in the fact that the addition of steelmaking slag stabilized to prevent silicate decomposition by granulated dust from gas cleaning of electric arc steelmaking furnaces, with an iron oxide content of Fe2O3 of at least 45%, in an amount of 2-5% by weight of the processed slag , and microsilica, without heating the finished samples of cement to 90 about C, contributed to the improvement of physical and mechanical properties compared to the prototype.

Пример реализации заявленного изобретения. An example of the implementation of the claimed invention.

Доменный гранулированный шлак, гипсовый камень, глиноземистый шлак, железосодержащие пылевидные отходы доменного производства чугуна, с размером частиц 1-200 мкм и микрокремнезем высушили до остаточной влажности 1-5 %, с дозировкой в указанных выше соотношениях, измельчили в шаровой мельнице до удельной поверхности 3500±200 см2/г.Blast-furnace granulated slag, gypsum stone, alumina slag, iron-containing pulverized waste from blast-furnace iron production, with a particle size of 1-200 microns, and microsilica were dried to a residual moisture content of 1-5%, with a dosage in the above ratios, crushed in a ball mill to a specific surface of 3500 ±200 cm2/g.

Состав расширяющей добавки представлен в таблице 1.The composition of the expanding additive is presented in table 1.

В таблице 2 представлены физико-технические показатели образцов цементов через 30 суток твердения, полученных с использованием заявленного состава расширяющейся добавки. Table 2 presents the physical and technical parameters of cement samples after 30 days of hardening, obtained using the claimed composition of the expanding additive.

Для получения образцов расширяющуюся добавку в количестве 20% смешивали с портландцементом М400 и определяли самонапряжение полученных образцов. To obtain samples, an expanding additive in an amount of 20% was mixed with Portland cement M400 and the self-stress of the obtained samples was determined.

Для определения предела прочности при изгибе испытание образцов на изгиб производили на соответствующем испытательном оборудовании машине МИИ-100.To determine the ultimate strength in bending, bending tests of the specimens were carried out on the corresponding test equipment on an MII-100 machine.

Предел прочности при изгибе (МПа) фиксировался счетчиком прибора. Результат испытаний вычисляли как среднее арифметическое значения из двух наибольших результатов испытаний трех образцов. The ultimate strength in bending (MPa) was recorded by the counter of the device. The test result was calculated as the arithmetic mean of the two largest test results of the three samples.

Полученные после испытаний на изгиб половинки образцов сразу же испытывали на прочность при сжатии. Испытания проводили на гидравлическом прессе МС-100. The halves of the samples obtained after bending tests were immediately tested for compressive strength. The tests were carried out on a hydraulic press MS-100.

За прочность на сжатие принимали среднеарифметическое результатов испытаний шести половинок образцов. The arithmetic mean of the test results of six halves of the samples was taken as the compressive strength.

Как видно из таблицы 2, введение заявленной расширяющей добавки позволяет получать образцы расширяющихся цементов, с повышенными физико-техническими показателями при комнатной температуре 20оС по отношению к таким же показателями прототипа: плотность, кг/м2 – до 2650; прочность при сжатии, МПа – до 50,4; прочность на растяжение при изгибе, МПа – до 7,1; самонапряжение, МПа – до 5,1.As can be seen from table 2, the introduction of the claimed expanding additive allows you to obtain samples of expanding cements, with increased physical and technical parameters at room temperature of 20 ° C in relation to the same indicators of the prototype: density, kg / m 2 - up to 2650; compressive strength, MPa - up to 50.4; tensile strength in bending, MPa - up to 7.1; self-stress, MPa - up to 5.1.

По показателю водонепроницаемости на 28 сутки цемент, содержащий расширяющую добавку заявленного состава (20W), превысил такой же показатель для прототипа более чем в три раза (6W).In terms of water resistance on the 28th day, the cement containing the expanding additive of the claimed composition (20W) exceeded the same indicator for the prototype by more than three times (6W).

Из данных таблицы 3 видно, что в цементах, содержащих заявленный состав расширяющей добавки, через сутки после затворения водой на поверхности цементных частиц образуются гелеобразные продукты гидратации, которые обнаруживаются уже через 3 часа после затворения, и появляются кристаллические новообразования эттрингита формы, которые, переплетаясь, дополнительно связывают между собой частицы цемента, увеличивая его прочность. Для идентификации содержания эттрингита проводился рентгенофазовый анализ на дифрактометре.From the data of Table 3 it can be seen that in cements containing the claimed composition of the expanding additive, a day after mixing with water, gel-like hydration products are formed on the surface of the cement particles, which are detected already 3 hours after mixing, and crystalline neoplasms of ettringite form appear, which, intertwining, additionally bind cement particles together, increasing its strength. To identify the content of ettringite, X-ray phase analysis was carried out on a diffractometer.

В результате экспериментальных данных было установлено, что содержание эттрингита в составе цемента уже в 1 сутки, что создает необходимые условия для получения прочной и плотной структуры цемента, максимальное увеличение содержание эттрингита было обнаружено к 28 суткам.As a result of experimental data, it was found that the content of ettringite in the composition of cement already on day 1, which creates the necessary conditions for obtaining a strong and dense cement structure, the maximum increase in the content of ettringite was found by day 28.

Таблица 1Table 1

Составы расширяющейся добавкиExpandable Additive Compositions

СоставComposition Содержание компонентов, масс.%The content of components, wt.% 1one 22 33 44 Доменный гранулированный шлак Blast furnace granulated slag 55,055.0 62,062.0 65,065.0 75,075.0 Гипсовый каменьgypsum stone 23,023.0 21,021.0 19,019.0 18,018.0 Глиноземистый шлакaluminous slag 8,08.0 7,07.0 5,05.0 2,52.5 Пылевидные отходы доменного производства чугуна, с размером частиц 1-200 мкмPulverized waste from blast-furnace iron production, with a particle size of 1-200 microns 11,011.0 8,08.0 7,07.0 3,53.5 Микрокремнеземmicrosilica 3,03.0 2,02.0 3,03.0 1,01.0

Таблица 2table 2

Сравнение физико-технических прочностных показателейComparison of physical and technical strength indicators

Физико-технические показатели при температуре 20оСPhysical and technical indicators at a temperature of 20 ° C СоставыLineups 1one 22 33 44 ПрототипPrototype Плотность кг/м2 Density kg / m 2 24502450 26002600 26502650 25202520 24002400 Прочность при сжатии, МПаCompressive strength, MPa 49,7049.70 46,1046.10 50,4050.40 47,6047.60 41,2541.25 Прочность на растяжение при изгибе, МПаTensile strength in bending, MPa 7,07.0 6,856.85 6,906.90 7,107.10 6,756.75 Самонапряжение, МПаSelf-stress, MPa 4,54.5 3,73.7 4,94.9 5,15.1 2,32.3 Водонепроницаемость на 28 сутки, WWater resistance for 28 days, W 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 66

Таблица 3 Table 3

Кинетика связывания воды и кристаллизации эттрингитаKinetics of water binding and ettringite crystallization

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (3)

1. Расширяющая добавка к напрягающим и расширяющимся цементам, включающая доменный гранулированный шлак, гипсовый камень и глиноземистый шлак, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит железосодержащие пылевидные отходы с размером частиц 1-200 мкм и микрокремнезем при следующих соотношениях компонентов, мас. %:1. Expansion additive to tension and expanding cements, including blast-furnace granulated slag, gypsum stone and alumina slag, characterized in that it additionally contains iron-containing pulverized waste with a particle size of 1-200 microns and silica fume in the following ratios, wt. %: доменный гранулированный шлакblast-furnace granulated slag 55,0-75,0 55.0-75.0 гипсовый каменьgypsum stone 18,0-23,0 18.0-23.0 глиноземистый шлакaluminous slag 2,5-8,0 2.5-8.0 железосодержащие пылевидные отходыiron-containing pulverized waste металлургического производстваmetallurgical production с размером частиц 1-200 мкмwith a particle size of 1-200 microns 3,5-11,0 3.5-11.0 микрокремнеземmicrosilica 1,0-3,0 1.0-3.0
2. Расширяющая добавка к цементу по п. 1, отличающаяся тем, что все компоненты имеют влажность 1-5 %.2. Expanding cement additive according to claim 1, characterized in that all components have a moisture content of 1-5%.
RU2021129710A 2021-10-12 2021-10-12 Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement RU2767481C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129710A RU2767481C1 (en) 2021-10-12 2021-10-12 Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021129710A RU2767481C1 (en) 2021-10-12 2021-10-12 Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767481C1 true RU2767481C1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80737256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021129710A RU2767481C1 (en) 2021-10-12 2021-10-12 Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767481C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1197270A (en) * 1982-02-10 1985-11-26 Edward K. Rice Expansive cement
RU2049081C1 (en) * 1993-03-18 1995-11-27 Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона Expanding addition to cement
RU2149843C1 (en) * 1998-12-18 2000-05-27 Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) Expanding additive to cement
RU2531223C2 (en) * 2009-06-12 2014-10-20 Денки Кагаку Когио Кабусики Кайся Concrete-expanding additive and method of its obtaining
RU2724083C1 (en) * 2019-04-04 2020-06-19 Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" Complex expanding additive for self-compacting concrete mixture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1197270A (en) * 1982-02-10 1985-11-26 Edward K. Rice Expansive cement
RU2049081C1 (en) * 1993-03-18 1995-11-27 Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона Expanding addition to cement
RU2149843C1 (en) * 1998-12-18 2000-05-27 Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) Expanding additive to cement
RU2531223C2 (en) * 2009-06-12 2014-10-20 Денки Кагаку Когио Кабусики Кайся Concrete-expanding additive and method of its obtaining
RU2724083C1 (en) * 2019-04-04 2020-06-19 Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" Complex expanding additive for self-compacting concrete mixture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Characteristics of steel slags and their use in cement and concrete—A review
Sadik et al. Review on the elaboration and characterization of ceramics refractories based on magnesite and dolomite
Mahieux et al. Utilization of weathered basic oxygen furnace slag in the production of hydraulic road binders
US10029945B2 (en) Geopolymer-binder system for fire concretes, dry fire concrete mix containing the binder system and also the use of the mix
KR101234787B1 (en) Ultra-fast hard hydraulic binder using reduced slag powder and its manufacturing method
EP1362017B1 (en) Cementitious material
Traven et al. Particle size manipulation as an influential parameter in the development of mechanical properties in electric arc furnace slag-based AAM
WO2013178967A1 (en) Cementitious binders, activators and methods for making concrete
EP1420000A1 (en) CEMENT ADMIXTURE, CEMENT COMPOSITION, AND METHOD FOR SUPPRESSING CARBONATION USING THE SAME
RU2732386C1 (en) Concrete composition and method for production thereof
Gallardo et al. Synthesis and mechanical properties of a calcium sulphoaluminate cement made of industrial wastes
JPS5839203B2 (en) Slag forming agent and its manufacturing method
Choi et al. Hydration reactivity of calcium-aluminate-based ladle furnace slag powder according to various cooling conditions
US6521039B2 (en) Cupola slag cement mixture and methods of making and using the same
US20130247796A1 (en) Cement admixture, cement composition, and method for reducing hexavalent chromium using the same
KR20170118581A (en) Blast furnace slag based no cement binder containing calcium chloride
RU2767481C1 (en) Expansion admixture based on iron-containing pulverized waste for expanding cement
US3333972A (en) Refractory products and method
US20180305254A1 (en) Activator having a low ph value for supplementary cementitious material
Seco et al. Recycled granulates manufacturing from spent refractory wastes and magnesium based binder
RU2769164C1 (en) Expansion admixture for cement containing steel slag
RU2647010C1 (en) Fast-hardening construction compound based on steel slag
US4115138A (en) Raw mixture for the production of cement
RU2340577C2 (en) Sulfate-slag binding agent
RU2049081C1 (en) Expanding addition to cement