RU2186043C2 - Binding agent - Google Patents

Abstract

FIELD: industry of building materials. SUBSTANCE: invention relates to composites of clinkerless binding agent based on steel melting and blast furnace slag. Binding agent comprises granulated blast furnace slag, electric steel melting slag, gypsum dihydrate and waste of wet magnetic separation of iron ores as a hardening activating agent in the following ratio of components, wt. -%: granulated blast furnace slag, 40-50; gypsum dihydrate, 4-8; waste of wet magnetic separation of iron ores, 4-5; electric steel melting slag, the balance. Invention can be used in production of concrete and ferroconcrete articles and building liquors also. EFFECT: maximal utilization of hydraulic activity of slag due to optimization of substantial, granulometric composition of binding agent and ratio of components. 3 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе сталеплавильных и доменных шлаков, которое может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий, а также строительных растворов. The invention relates to the construction materials industry, namely, clinker-free binder compositions based on steelmaking and blast furnace slag, which can be used in the production of concrete and reinforced concrete products, as well as mortars.

Известны бесклинкерные вяжущие из доменных шлаков с добавками активаторов твердения, в частности металлов, ионных солей - фторидов, сульфатов и др., имеющие прочность на сжатие в возрасте 28 суток до 31 МПа /1/. Known clinkerless binders from blast furnace slag with the addition of hardening activators, in particular metals, ionic salts - fluorides, sulfates, etc., having a compressive strength at the age of 28 days up to 31 MPa / 1 /.

Известно также вяжущее, содержащее гранулированный доменный шлак, шлак от выплавки стали, нефелиновый шлам и активизатор твердения в виде смеси фторида калия и жидкого стекла /2/. Недостатками этих видов вяжущих являются пониженная прочность на сжатие и особенно на растяжение при изгибе, а также водостойкость и морозостойкость. It is also known binder containing granulated blast furnace slag, steel smelting slag, nepheline sludge and hardening activator in the form of a mixture of potassium fluoride and liquid glass / 2 /. The disadvantages of these types of binders are reduced compressive strength and especially tensile bending, as well as water resistance and frost resistance.

Наиболее близким к предлагаемому вяжущему по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения в виде щелочных отходов травления стального листа /3/. Недостатками известного вяжущего также являются пониженные прочность, водостойкость и морозостойкость. The closest to the proposed binder in technical essence and the achieved result is a binder, including blast furnace granulated slag, slag from steel smelting, two-water gypsum and a hardening activator in the form of alkaline waste etching steel sheet / 3 /. The disadvantages of the known binder are also reduced strength, water resistance and frost resistance.

Задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении повышенных значений этих характеристик вяжущего при использовании в его составе кислого гранулированного доменного шлака и основного электросталеплавильного шлака при твердении вяжущего в нормальных условиях. The problem solved by the invention is to provide increased values of these characteristics of the binder when using in its composition an acid granulated blast furnace slag and the main electric furnace slag during hardening of the binder under normal conditions.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов вяжущего, а также тонкости помола и гранулометрического состава при совместном их помоле в шаровой мельнице, что обеспечивает максимальное использование гидравлической (химической) активности шлаков. The technical result obtained by carrying out the invention is to optimize the material composition and the ratio of the components of the binder, as well as the fineness of grinding and particle size distribution with their joint grinding in a ball mill, which ensures maximum use of the hydraulic (chemical) activity of the slag.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения, в качестве шлака от выплавки стали содержит электросталеплавильный шлак, а в качестве активизатора твердения - отходы мокрой магнитной сепарации железных руд при следующем соотношении компонентов, мас.%: доменный гранулированный шлак 40-50, двуводный гипс 4-8, отходы мокрой магнитной сепарации железных руд 4-5, электросталеплавильный шлак остальное. To achieve the technical result provided by the invention, an astringent, including blast furnace granulated slag, slag from steel smelting, two-water gypsum and a hardening activator, contains electric steel slag as slag from steel smelting, and wet magnetic iron wastes as a hardening activator in the following ratio of components , wt.%: granulated blast furnace slag 40-50, two-water gypsum 4-8, waste wet magnetic separation of iron ore 4-5, electric steel slag the rest.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что полиминеральный состав шлаков и отходов обогащения руды, а также соотношение компонентов вяжущего обусловливают в свою очередь многофазовость состава затвердевшего цементного камня. Кристаллические новообразования в последнем представлены гидросиликатами, гидросульфоалюминатами, гидроалюминатами, гидрогранатами, гидрофферитами кальция и др. Условлено, что продуктами гидратации вяжущего являются в основном тонковолокнистые гидросиликаты кальция и сросшиеся с ними более крупные игольчатые кристаллы гидросульфоалюмината кальция, что способствует уплотнению и упрочнению структуры цементного камня. The essence of the claimed invention lies in the fact that the polymineral composition of slag and ore dressing waste, as well as the ratio of the components of the binder, in turn, determine the multiphase composition of the hardened cement stone. The crystalline neoplasms in the latter are represented by hydrosilicates, hydrosulfoaluminates, hydroaluminates, hydrogranates, calcium hydroferrites, etc. It has been agreed that the products of the binder hydration are mainly fine-fibrous calcium hydrosilicates and larger needle-like crystals of calcium hydrosulfoaluminate and cement are consolidated, which contributes to the consolidation of the cement stone structure, which contributes to densification.

Активизирующая роль в процессах гидратации и твердения вяжущего добавки отходов обогащения железной руды обусловлена присутствием в них d - металлов - железа, титана, марганца, никеля и др. и их соединений. Известно, что введение малых количеств ряда веществ с металлической связью в вяжущие системы приводит к интенсификации гидратации силикатных и алюминатных фаз, росту количества новообразований и содержания химически связанной воды, что связано с активацией поверхности твердых фаз и поликонденсационными процессами /1/. The activating role in the processes of hydration and hardening of the astringent additive of iron ore enrichment waste is due to the presence of d metals - iron, titanium, manganese, nickel, etc. and their compounds. It is known that the introduction of small amounts of a number of substances with a metal bond into cementitious systems leads to intensification of hydration of silicate and aluminate phases, an increase in the number of neoplasms and the content of chemically bound water, which is associated with the activation of the surface of solid phases and polycondensation processes / 1 /.

Кроме того, химический фактор активизирующего влияния на твердение вяжущего отходов обогащения железной руды связан с присутствием в них соединений щелочных металлов (суммарное содержание Na₂O+K₂O 1,3-3,0%), взаимодействующих с минералами и стекловидной фазой шлаков с образованием комплексных соединений, обладающих высокой прочностью. Имеет место и физический фактор достижения высокой плотности и прочности цементного камня при найденном оптимальном соотношении компонентов вяжущего. Он обусловлен особенностями зернового состава и разной размолоспособностью доменного и электросталеплавильного шлаков. Последний вследствие более высокой основности (модуль

и принятой системы шлакоудаления по сравнению с крупнозернистым кислым доменным шлаком с Мо=0,87-0,88 (размер зерен от 0,3 до 20 мм) характеризуется высоким содержанием мелких и пылевидных частиц размером до 0,3 мм от 65 до 86% по массе при содержании "цементных" зерен размером менее 0,08 мм 50-70% (модули крупности шлаков соответственно Мкр= 3,1-3,5 и Мкр=0,3-0,6). В результате значительно меньшей крупности и более высокой размолоспособности электросталеплавильного шлака продукт совместного помола компонентов вяжущего характеризуется прерывистым характером гранулометрического состава, т.е. двумодальной кривой распределения частиц по размерам, при котором в наиболее мелких фракциях вяжущего (0,002-0,008 мм) присутствует преимущественно более химически активный электросталеплавильный шлак, а в наиболее крупных (0,04-0,10 мм) - доменный шлак. Прерывистость гранулометрического состава вяжущего оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры цементного камня вследствие более плотной пространственной укладки частиц и, следовательно, получения более плотного камня. Опыты также показали, что при равных удельных затратах энергии на помол компонентов вяжущих достигается удельная поверхность предложенного вяжущего 450-500 м²/кг, тогда как известного (содержащего конверторный сталеплавильный шлак) - 360-400 м²/кг, а обычного цемента (портландцемента) - 320-350 кг/м³.In addition, the chemical factor of the activating effect on hardening of astringent iron ore dressing wastes is associated with the presence of alkali metal compounds in them (the total content of Na ₂ O + K ₂ O is 1.3-3.0%) interacting with minerals and the glassy phase of slags with the formation of complex compounds with high strength. There is also a physical factor for achieving high density and strength of cement stone with the optimal ratio of binder components found. It is due to the peculiarities of the grain composition and the different grinding properties of blast furnace and electric steel slag. The latter due to higher basicity (module

and the accepted system of slag removal in comparison with coarse-grained acid blast furnace slag with Mo = 0.87-0.88 (grain size from 0.3 to 20 mm) is characterized by a high content of fine and dusty particles up to 0.3 mm in size from 65 to 86% by weight with a content of "cement" grains less than 0.08 mm in size 50-70% (slag fineness moduli, respectively, Mkr = 3.1-3.5 and Mkr = 0.3-0.6). As a result of significantly smaller coarseness and higher grindability of electric steelmaking slag, the co-grinding product of the binder components is characterized by an intermittent particle size distribution, i.e. a two-dimentional particle size distribution curve, in which the smallest fractions of the binder (0.002-0.008 mm) contain predominantly more chemically active electric steelmaking slag, and the largest (0.04-0.10 mm) contain blast-furnace slag. The discontinuity of the particle size distribution of the binder has a positive effect on the formation of the microstructure of cement stone due to a denser spatial packing of particles and, consequently, to obtain a denser stone. The experiments also showed that with equal specific energy costs for grinding the binder components, the specific surface area of the proposed binder is achieved 450-500 m ² / kg, while the known (containing converter steelmaking slag) - 360-400 m ² / kg, and conventional cement (Portland cement ) - 320-350 kg / m ³ .

Перечисленные факторы получения бесклинкерного вяжущего позволяют существенно повысить не только его прочность, но и показатели водостойкости и морозостойкости. The listed factors for obtaining a clinker-free binder can significantly increase not only its strength, but also indicators of water resistance and frost resistance.

Для получения предлагаемого вяжущего применяют доменный гранулированный шлак и электросталеплавильный шлак ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат", отходы мокрой магнитной сепарации железной руды ОАО "Абагурская агломерационная фабрика" и двуводный гипс. Химические составы шлаков и отходов обогащения руды приведены в табл.1. To obtain the proposed binder, granulated blast furnace slag and electric steelmaking slag of Kuznetsk Metallurgical Plant OJSC, waste of wet magnetic separation of iron ore of Abagur agglomeration factory OJSC and two-water gypsum are used. The chemical compositions of slag and ore dressing waste are given in table 1.

Смеси компонентов, взятые после предварительной сушки в соотношениях, приведенных в табл.2, и размолотые до удельной поверхности 450-470 м²/кг в лабораторной шаровой мельнице, затворяют водой до получения теста стандартной нормальной густоты. Из полученных смесей вяжущего уплотнением на стандартной виброплощадке в течение 3 мин приготавливают образцы - балочки размером 4 х 4 х 16 см. Твердение образцов осуществляют в нормальных условиях в гидравлической ванне и при пропаривании в камере при 80-90^oС в течение 12 ч. Испытания образцов проводят в стандартном возрасте 28 сут. Водостойкость вяжущих оценивают по результатам определения коэффициента размягчения (отношение прочности на сжатие образцов после водонасыщения к прочности образцов, высушенных до постоянной массы). Испытание образцов на морозостойкость осуществляют по ГОСТ 7025-78 в возрасте 28 сут. Результаты испытаний вяжущего приведены в табл. 3.Mixtures of components taken after preliminary drying in the ratios given in Table 2 and ground to a specific surface of 450-470 m ² / kg in a laboratory ball mill are closed with water until a standard normal density test is obtained. From the obtained binder mixtures, seals are prepared on a standard vibrating platform for 3 minutes, samples - beams of size 4 x 4 x 16 cm. The samples are cured under normal conditions in a hydraulic bath and when steaming in a chamber at 80-90 ^o C for 12 hours. Tests samples are carried out at a standard age of 28 days. The water resistance of binders is evaluated by determining the softening coefficient (the ratio of compressive strength of samples after water saturation to the strength of samples dried to constant weight). The samples are tested for frost resistance according to GOST 7025-78 at the age of 28 days. The binder test results are given in table. 3.

Как видно из табл. 3, предлагаемое вяжущее характеризуется по сравнению с известным более высокой прочностью, водостойкостью и морозостойкостью. Характерным положительным свойством полученного вяжущего является повышенная прочность на растяжение при изгибе - коэффициент изгиба Rри/Rсж=0,25-0,26 против 0,12-0,22 у известных вяжущих. Это свойство наряду с высокой морозостойкостью обусловливает эффективность применения вяжущего в бетонных покрытиях дорог и аэродромов. Особенностью предложенного вяжущего является также то, что выдерживание в нормальных условиях (влажная среда при температуре 20-25^oС) является оптимальным для его твердения, а пропаривание приводит к снижению прочности.As can be seen from the table. 3, the proposed binder is characterized in comparison with the known higher strength, water resistance and frost resistance. A characteristic positive property of the obtained binder is the increased tensile strength during bending - the bending coefficient Rri / Rszh = 0.25-0.26 against 0.12-0.22 in known binders. This property, along with high frost resistance, determines the effectiveness of the use of a binder in concrete coatings of roads and airfields. A feature of the proposed binder is also that keeping under normal conditions (moist environment at a temperature of 20-25 ^o C) is optimal for hardening, and steaming leads to a decrease in strength.

Получение предлагаемого вяжущего позволит расширить области эффективного использования металлургических шлаков и создать базу для производства дешевых строительных материалов. Obtaining the proposed binder will expand the field of efficient use of metallurgical slag and create a basis for the production of cheap building materials.

Источники информации
1. Сватовская Л. Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л., Стройиздат, 1983, с.150
2. А.с. СССР 1608152, МКИ 6, C 04 B 7/14, 1990
3. А.с. СССР 1303575, МКИ 6 C 04 B 7/14, 1987 (прототип).Sources of information
1. Svatovskaya L. B., Sychev M.M. Activated hardening of cements. L., Stroyizdat, 1983, p.150
2. A.S. USSR 1608152, MKI 6, C 04 B 7/14, 1990
3. A.S. USSR 1303575, MKI 6 C 04 B 7/14, 1987 (prototype).

Claims (1)

Вяжущее, включающее доменный гранулированный шлак, шлак от выплавки стали, двуводный гипс и активизатор твердения, отличающееся тем, что в качестве шлака от выплавки стали оно содержит электросталеплавильный шлак, а в качестве активизатора твердения - отходы мокрой магнитной сепарации железных руд при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Доменный гранулированный шлак - 40-50
Двуводный гипс - 4-8
Отходы мокрой магнитной сепарации железных руд - 4-5
Электросталеплавильный шлак - ОстальноеA binder, including blast furnace granulated slag, steelmaking slag, two-water gypsum and a hardening activator, characterized in that it contains electric steelmaking slag as a steelmaking slag, and waste of wet magnetic separation of iron ores as a hardening activator in the following ratio of components, wt. %:
Granulated blast furnace slag - 40-50
Two-water gypsum - 4-8
Wastes of wet magnetic separation of iron ores - 4-5
Electric Steel Slag - Other

Images