RU2430043C1 - Clinkerless cement - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: cement produced by grinding of a mixture containing the following components, wt %: blast furnace slag - 40-50; calcium sulfate dihydrate - 4-6; wastes of iron ores enrichment 3-6; sodium or potassium, or ammonium carbonates or their mixture - 3-8; steel smelting slag - electric steel smelting, open-hearth or converter one - balance. Besides, the mixture is ground down to specific surface of 700 m²/kg.

EFFECT: increased strength and frost resistance of cement.

1 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерных вяжущих на основе доменного гранулированного шлака, электросталеплавильного или конверторного, или мартеновского или их смеси. Вяжущее может быть использовано в производстве бетонов, растворов, сухих строительных смесей.The invention relates to construction materials, namely, compositions of clinker-free binders based on blast furnace granulated slag, electric steel or converter, or open-hearth or a mixture thereof. A binder can be used in the production of concrete, mortar, dry mortar.

Известно вяжущее, содержащее доменный гранулированный шлак, нефелиновый шлам, шлак от выплавки стали, активизатор твердения - смесь фтористого калия и жидкого стекла [1]. Недостаток этого вяжущего - неполное использование гидравлической (химической) активности вяжущего, низкая прочность и морозостойкость бетонов.Known binder containing blast furnace granulated slag, nepheline slurry, steel smelting slag, hardening activator - a mixture of potassium fluoride and water glass [1]. The disadvantage of this binder is the incomplete use of hydraulic (chemical) activity of the binder, low strength and frost resistance of concrete.

Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигаемому результату, является вяжущее [2], содержащее доменный гранулированный шлак 40-50%, гипс двуводный - 4-8%, в качестве активизатора твердения - отходы мокрой магнитной сепарации железных руд - 4-5% и электросталеплавильный шлак.The closest to the proposed, in technical essence and the achieved result, is a binder [2] containing 40-50% blast furnace granulated slag, two-water gypsum - 4-8%, as a hardening activator - waste of wet magnetic separation of iron ores - 4-5 % and steelmaking slag.

Недостатком этого вяжущего является низкая гидравлическая активность, неполное использование гидравлической активности вяжущего минерала алита (3СаО·SiO₂·хН₂О), недостаточная прочность и низкая морозостойкость этого вяжущего. Недостатком также является грубый помол 450 м²/кг.The disadvantage of this binder is the low hydraulic activity, the incomplete use of the hydraulic activity of the binder mineral alite (3СаО · SiO ₂ · хН ₂ О), insufficient strength and low frost resistance of this binder. A disadvantage is also coarse grinding 450 m ² / kg

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении гидравлической активности клинкерных минералов, повышении прочности и морозостойкости вяжущего.The problem solved by the invention is to increase the hydraulic activity of clinker minerals, increase the strength and frost resistance of the binder.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении прочности и морозостойкости вяжущего путем повышения гидравлической активности клинкерных минералов и снижения крупности помола.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the strength and frost resistance of the binder by increasing the hydraulic activity of clinker minerals and reducing the size of the grinding.

Для достижения изобретением технического результата вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак, двуводный гипс, активизатор твердения - отходы обогащения железных руд, отличающийся тем, что содержит сталеплавильные шлаки, а именно электросталеплавильный, конверторный, мартеновский и в качестве карбонатной добавки натрий, или калий, или аммоний углекислые или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve the technical result of the invention, the binder obtained by grinding the mixture, including blast furnace slag, gypsum gypsum, a hardening activator - iron ore beneficiation waste, characterized in that it contains steelmaking slag, namely, electric furnace, converter, open-hearth and, as a carbonate additive, sodium, or potassium , or ammonium carbonate or a mixture thereof in the following ratio of components, wt.%:

доменный шлак гранулированныйgranulated blast furnace slag 40-5040-50 двуводный гипсgypsum plaster 4-64-6 указанные отходы обогащения железных рудspecified waste iron ore 3-63-6 натрий, или калий, или аммоний углекислые или их смесьsodium, or potassium, or ammonium carbonate or a mixture thereof 3-83-8 электросталеплавильный, мартеновский илиelectric furnace, open-hearth or   конверторный шлакconverter slag остальное,rest,

причем помол осуществляют до удельной поверхности 700 м²/кг.moreover, the grinding is carried out to a specific surface of 700 m ² / kg

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.The essence of the invention is as follows.

Вяжущее (цемент) является сложной смесью различных минералов. Главными из них являются алит 3CaO·SiO₂ и белит 2CaO·SiO₂.A binder (cement) is a complex mixture of various minerals. The main ones are alite 3CaO · SiO ₂ and whiteite 2CaO · SiO ₂ .

Вяжущее на 75% состоит из этих двух минералов [3]. Эти минералы содержатся также в доменном гранулированном шлаке и в сталеплавильных шлаках: в электросталеплавильном, конверторном, мартеновском. При гидратации белит взаимодействует с водой с образованием водного соединения 2CaO·SiO₂·xH₂O. Гидратация алита происходит по реакцииThe binder is 75% composed of these two minerals [3]. These minerals are also found in granulated blast furnace slag and in steelmaking slags: in electric steelmaking, converter, open-hearth. During hydration, belite interacts with water to form the aqueous compound 2CaO · SiO ₂ · xH ₂ O. The hydration of alite occurs by reaction

3CaO·SiO₂+H₂O→2CaO·SiO₂·xH₂O+Са(ОН)₂ 3CaO · SiO ₂ + H ₂ O → 2CaO · SiO ₂ · xH ₂ O + Ca (OH) ₂

с образованием водного соединения белита, который обладает вяжущими свойствами. При этом образовавшийся гидроксид кальция Са(ОН)₂ не обладает вяжущими свойствами и присутствует в бетоне в виде рыхлого порошка [3], фактически это балластный материал в бетоне, который снижает прочность бетонов и растворов. Удалить гидроокись кальция из бетонов и растворов не представляется возможным.with the formation of an aqueous compound of belite, which has astringent properties. Moreover, the resulting calcium hydroxide Ca (OH) ₂ does not have astringent properties and is present in concrete in the form of loose powder [3]; in fact, it is a ballast material in concrete, which reduces the strength of concrete and mortars. It is not possible to remove calcium hydroxide from concrete and mortars.

В предлагаемом изобретении рекомендуется добавить в состав вяжущего карбонаты натрия Na₂CO₃, калия K₂CO₃, аммония (NH₄)₂CO₃. Эти карбонаты при гидратации взаимодействуют с гидроксидом кальция по реакциям:In the present invention, it is recommended to add sodium carbonate Na ₂ CO ₃ , potassium K ₂ CO ₃ , ammonium (NH ₄ ) ₂ CO ₃ to the binder. These carbonates during hydration interact with calcium hydroxide by the reactions:

Na₂CO₃+Ca(OH)₂→CaCO₃+2NaOHNa ₂ CO ₃ + Ca (OH) ₂ → CaCO ₃ + 2NaOH

K₂CO₃+Ca(OH)₂→CaCO₃+2KOHK ₂ CO ₃ + Ca (OH) ₂ → CaCO ₃ + 2KOH

с образованием карбоната кальция СаСО₃, который при гидратации реагирует с бетоном с образованием вяжущего вещества 2CaO·SiO₂·СаСО₃·xH₂O.with the formation of calcium carbonate CaCO ₃ , which during hydration reacts with concrete with the formation of a binder 2CaO · SiO ₂ · CaCO ₃ · xH ₂ O.

Гидрокарбосиликат 2CaO·SiO₂·СаСО₃·xH₂O является высококачественным веществом [3]. Таким образом, добавка в смесь вяжущего карбонатов натрия, калия, аммония или их смеси позволяет ликвидировать вредное влияние гидроксида кальция Са(ОН)₂ и дополнительно значительно повысить качество предлагаемого вяжущего. Наличие в бетоне ионов натрия (калия) сопровождается образованием новых веществ K₂O·SiO₂·СаСО₃·xH₂O, Na₂O·SiO₂·СаСО₃·xH₂O, которые обладают вяжущими свойствами и, следовательно, дополнительно повышают качество бетонов и растворов.Hydrocarbosilicate 2CaO · SiO ₂ · CaCO ₃ · xH ₂ O is a high-quality substance [3]. Thus, the addition of sodium, potassium, ammonium carbonates or mixtures thereof to the binder mixture eliminates the harmful effect of calcium hydroxide Ca (OH) ₂ and further significantly improves the quality of the proposed binder. The presence of sodium (potassium) ions in concrete is accompanied by the formation of new substances K ₂ O · SiO ₂ · CaCO ₃ · xH ₂ O, Na ₂ O · SiO ₂ · CaCO ₃ · xH ₂ O, which have astringent properties and, therefore, additionally increase quality of concrete and mortar.

Изобретение осуществляется следующим образом. Готовят смесь, содержащую доменный гранулированный шлак (40-50%), двуводный гипс (4-6%), карбонат калия, или натрия, или аммония или их смеси (3-8%) и шлаки сталеплавильный, или мартеновский, или конверторный или их смеси. Каждый компонент должен быть просушенный при 115°С до полного удаления влаги. Операция сушки возможна по отдельности каждого компонента или возможна совместная сушка смеси следующих компонентов: шлаки доменный, электросталеплавильный, или мартеновский, или конверторный и отходы обогащения железных ред. Недопустимо применение обезвоженных солей натрия, калия, аммония. Гипс можно применять только двуводный с двумя молекулами воды CaSO₄×2H₂O. Применение гипса, содержащего воды более двух молекул, исключено. На измельчение в шаровую мельницу подают все компоненты в указанных соотношения. Снижение крупности помола приводит к увеличению вяжущих свойств алита и белита и, следовательно, повышению качества вяжущего. Известно, что на металлургических предприятиях организовано совместное складирование электросталеплавильного и мартеновского или электросталеплавильного и конверторного шлаков либо складирование трех видов шлаков. Разделение смеси шлаков исключено. Поэтому в изобретении предлагается использование всех сталеплавильных шлаков по отдельности и в смесях в различном соотношении. Экспериментально доказана вероятность осуществления предлагаемого способа (таблица 2). На химических предприятиях имеются отходы солей натрия, калия, аммония в различных соотношениях, что позволяет использовать такие смеси в предлагаемом изобретении. В примере (таблица 2) приведены результаты использования этих веществ в различных соотношениях, при этом достигаются одинаковые результаты по качеству вяжущих. Гипс двуводный применяется в производстве в качестве регулятора твердения вяжущих. Отходы обогащения железных руд содержат в своем составе до 11% соединений алюминия, до 3,2% калия и натрия, до 13,7% оксида кальция. Эти вещества обладают вяжущими свойствами и при гидратации выполняют роль активаторов химических реакций и способствуют повышению качества вяжущих.The invention is as follows. A mixture is prepared containing blast furnace granulated slag (40-50%), two-water gypsum (4-6%), potassium carbonate, or sodium, or ammonium, or a mixture thereof (3-8%) and steel slag, or open-hearth, or converter or mixtures thereof. Each component must be dried at 115 ° C until all moisture is removed. The drying operation is possible separately for each component or joint drying of a mixture of the following components is possible: blast furnace slag, electric steelmaking, or open-hearth slag, or converter slag, and iron enrichment waste ed. The use of dehydrated salts of sodium, potassium, ammonium is unacceptable. Gypsum can be used only two-water with two water molecules CaSO ₄ × 2H ₂ O. The use of gypsum containing water with more than two molecules is excluded. For grinding in a ball mill serves all the components in the specified ratio. The reduction in grinding size leads to an increase in the binding properties of alite and belite and, consequently, to an increase in the quality of the binder. It is known that metallurgical enterprises organized joint storage of electric steelmaking and open-hearth furnace or electric steelmaking and converter slag or the storage of three types of slag. Separation of the slag mixture is excluded. Therefore, the invention proposes the use of all steelmaking slags separately and in mixtures in various proportions. The probability of the implementation of the proposed method is experimentally proved (table 2). Chemical enterprises have waste salts of sodium, potassium, ammonium in various proportions, which allows the use of such mixtures in the present invention. The example (table 2) shows the results of using these substances in various ratios, while achieving the same results in the quality of binders. Two-water gypsum is used in production as a regulator of hardening binders. Iron ore dressing waste contains up to 11% aluminum compounds, up to 3.2% potassium and sodium, and up to 13.7% calcium oxide. These substances have astringent properties and, when hydrated, act as activators of chemical reactions and help to improve the quality of astringents.

Пример. Для экспериментов применяли гипс двуводный, отходы обогащения железных руд, доменный гранулированный шлак Новокузнецкого металлургического комбината (ОАО "НКМК"), конверторный шлак ОАО «ЗСМК», электросталеплавильный шлак (свежий) ОАО «НКМК», мартеновский шлак ОАО «НКМК», отмагниченный из отвала. Составы приведены в таблице 1. Пробы просушили при 115°С. Компоненты для смесей размололи в лабораторной мельнице до крупности 700 м²/кг. Приготовленные смеси затворяли водой до получения теста стандартной густоты. Из приготовленных смесей изготовили образцы балочки размером 4×4×16 см и кубики размером 7×7×7 см. Смеси уплотняли на стандартной лабораторной виброплощадке. Твердение опытных образцов выполняли в гидравлической ванне в течение 12 часов при температуре 80°С. Испытания образцов выполняли в возрасте 28 суток. Испытание на морозостойкость проведено по ГОСТу 7025-78. Из результатов исследований следует, что рекомендуемое вяжущее обладает повышенным качеством по сравнению с прототипом.Example. For experiments, we used two-gypsum gypsum, iron ore dressing waste, blast-furnace granulated slag from the Novokuznetsk Metallurgical Plant (NKMK OJSC), converter slag from ZSMK OJSC, electric furnace smelting slag (fresh) from NKMK OJSC, open-hearth slag from NKMK OJSC, from dump. The compositions are shown in table 1. The samples were dried at 115 ° C. The components for the mixtures were ground in a laboratory mill to a particle size of 700 m ² / kg. The prepared mixture was shut with water until a standard density test was obtained. From the prepared mixtures, samples of a beam 4 × 4 × 16 cm in size and cubes 7 × 7 × 7 cm in size were made. The mixtures were compacted on a standard laboratory vibratory platform. The hardening of the test samples was carried out in a hydraulic bath for 12 hours at a temperature of 80 ° C. Tests of the samples were performed at the age of 28 days. The frost test was carried out according to GOST 7025-78. From the research results it follows that the recommended binder has a higher quality compared to the prototype.

Разработанный способ позволяет утилизировать отходы металлургических комбинатов и получать высококачественные вяжущие материалы.The developed method allows to utilize the waste of metallurgical plants and to obtain high-quality binders.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР 1608152, МКИ 6, С04В 7/14, 1990.1. A.S. USSR 1608152, MKI 6, C04B 7/14, 1990.

2. Патент РФ 2186043 С2 (51), С04В 7/147.2. RF patent 2186043 C2 (51), C04B 7/147.

3. Ларионов З.М., Никитина Л.В., Гарашин В.Р. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня и бетона. - М.: Стройиздат, 1977. Стр.55 - 57, 45, 36, 33, 29, 64.3. Larionov Z.M., Nikitina L.V., Garashin V.R. Phase composition, microstructure and strength of cement stone and concrete. - M .: Stroyizdat, 1977. P. 55 - 57, 45, 36, 33, 29, 64.

Таблица 1Table 1 МатериалMaterial SiO₂ SiO ₂ Al₂O₃+TiO₂ Al ₂ O ₃ + TiO ₂ FeO+Fe₂O₃ FeO + Fe ₂ O ₃ FeFe CaOCao MgOMgO MnOMnO P₂O₅ P ₂ O ₅ SO₃ SO ₃ Na₂O+K₂ONa ₂ O + K ₂ O п.п.пpp Доменный гранулированный шлакGranulated blast furnace slag 36,2-4236.2-42 12,3-1712.3-17 0,6-2,60.6-2.6 -- 38-42,238-42,2 4,8-9,94.8-9.9 0,21-1,10.21-1.1 -- 0,4-1,20.4-1.2 0,13-0,170.13-0.17 0,1-0,150.1-0.15 Электросталеплавильный шлакElectric Steel Slag 22-26,522-26.5 7,1-9,57.1-9.5 1,2-1,71.2-1.7 -- 46-47,546-47.5 1,4-15,71.4-15.7 1,2-1,51.2-1.5 0,4-0,90.4-0.9 0,2-0,40.2-0.4 0,3-0,40.3-0.4 2,3-3,72,3-3,7 Отходы обогащения железных рудIron ore dressing waste 34,1-39,934.1-39.9 9,8-119.8-11 12,8-26,112.8-26.1 2,3-3,52,3-3,5 11,3-13,711.3-13.7 4,2-5,74.2-5.7 0,3-0,550.3-0.55 0,5-0,60.5-0.6 1,7-3,21.7-3.2 1,3-3,21.3-3.2 8,5-158.5-15 Мартеновский шлак (немагнитная фракция)Open-hearth slag (non-magnetic fraction) 30,030,0 9,99.9 12,612.6 9,59.5 31,531.5 10,210,2 -- -- -- -- 2,32,3 Конверторный шлакConverter slag 18,3218.32 2,592.59 20,2220.22 -- 4444 2,892.89 7,727.72 3,633.63 -- -- --

Claims (1)

Вяжущее, полученное помолом смеси, включающей доменный шлак гранулированный, двуводный гипс, активизатор твердения - отходы обогащения железных руд, отличающееся тем, что содержит сталеплавильные шлаки, а именно электросталеплавильный, конверторный, мартеновский, и в качестве карбонатной добавки натрий, или калий, или аммоний углекислые или их смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
доменный шлак гранулированный 40-50 двуводный гипс 4-6 указанные отходы обогащения железных руд 3-6 натрий, или калий, или аммоний углекислые или их смесь 3-8 электросталеплавильный, мартеновский или   конверторный шлак остальное
причем помол осуществляют до удельной поверхности 700 м²/кг. The binder obtained by grinding the mixture, including granulated blast furnace slag, gypsum gypsum, a hardening activator - iron ore dressing waste, characterized in that it contains steelmaking slag, namely, electric furnace, converter, open-hearth, and sodium, or potassium, or ammonium as a carbonate additive carbonic acid or a mixture thereof, in the following ratio of components, wt.%:
granulated blast furnace slag 40-50 gypsum plaster 4-6 specified waste iron ore 3-6 sodium, or potassium, or ammonium carbonate or a mixture thereof 3-8 electric furnace, open-hearth or converter slag rest
moreover, the grinding is carried out to a specific surface of 700 m ² / kg