RU2647010C1 - Fast-hardening construction compound based on steel slag - Google Patents
Fast-hardening construction compound based on steel slag Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647010C1 RU2647010C1 RU2017106217A RU2017106217A RU2647010C1 RU 2647010 C1 RU2647010 C1 RU 2647010C1 RU 2017106217 A RU2017106217 A RU 2017106217A RU 2017106217 A RU2017106217 A RU 2017106217A RU 2647010 C1 RU2647010 C1 RU 2647010C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- mixture
- hardening
- bsm
- grinding
- Prior art date
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 title description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 20
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 8
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 7
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 5
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 4
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229910003849 O-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003872 O—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N dialuminum tricalcium oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Al+3].[Ca++].[Ca++].[Ca++] HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000000762 glandular Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
- C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
- C04B7/17—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators with calcium oxide containing activators
- C04B7/19—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use 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
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions 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
- C04B28/04—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
- C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительных материалов и может использоваться при производстве быстротвердеющей строительной смеси, содержащей электросталеплавильный шлак, для использования при ремонтных и восстановительных работах.The invention relates to the field of building materials and can be used in the production of quick-hardening building mixtures containing electric steel slag, for use in repair and restoration work.
Многие виды промышленных отходов по своему химическому составу и свойствам близки к природному сырью, используемому в строительной индустрии. Примером таких многотоннажных отходов могут служить металлургические электросталеплавильные шлаки (ЭСШ).Many types of industrial waste are close in their chemical composition and properties to the natural raw materials used in the construction industry. An example of such large-tonnage waste can be metallurgical electric steel-smelting slag (ESW).
Доменные металлургические шлаки давно используются в производстве строительных материалов в качестве компонента шлакопортландцемента в то время, как применение сталеплавильных шлаков имеет гораздо меньшие масштабы, что связано, прежде всего, с неоднородностью состава, непостоянством их физико-механических свойств и склонностью к силикатному распаду.Blast furnace metallurgical slag has long been used in the production of building materials as a component of slag Portland cement, while the use of steelmaking slag has a much smaller scale, which is associated primarily with the heterogeneity of the composition, the variability of their physico-mechanical properties and a tendency to silicate decomposition.
Химический и минеральный состав шлаков в зависимости от состава пустой породы руды, топлива, вида выплавляемого металла и особенностей металлургического процесса, условий сжигания топлива и, наконец, условий охлаждения колеблется в широких пределах [Хаматова А.Р., Хохряков О.В. Электросталеплавильный шлак ОАО «Ижсталь» для цементов низкой водопотребности и бетонов на их основе // Известия КГАСУ. – 2016. – №2 (36). – С. 221-227]. Многие разновидности металлургических шлаков по химическому составу приближаются к портландцементу и глиноземистому цементу. The chemical and mineral composition of the slag, depending on the composition of the gangue, fuel, type of smelted metal and the characteristics of the metallurgical process, fuel combustion conditions and, finally, cooling conditions, varies widely [Khamatova AR, Khokhryakov OV Electric steelmaking slag of Izhstal OJSC for low water demand cements and concrete based on them // Izvestia KGASU. - 2016. - No. 2 (36). - S. 221-227]. Many types of metallurgical slag in chemical composition are close to Portland cement and alumina cement.
В настоящее время сталеплавильные шлаки подвергаются грубому дроблению с целью извлечения стального скрапа. Металл, выделенный из скрапа посредством магнитной сепарации, возвращается в основный цикл производства, а из оставшихся отходов после дробления получают фракционированный щебень, который используется в дорожном строительстве при отсыпке дорог [Хаматова А.Р., Хохряков О.В. Оценка эффективности применения электросталеплавильного металлургического шлака ОАО «Ижсталь» (г. Ижевск) в качестве наполнителя для цементов низкой водопотребности // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: Материалы X Международной конференции молодых учёных - Пенза, 2015].Currently, steelmaking slags are subjected to coarse crushing in order to extract steel scrap. The metal extracted from scrap by magnetic separation is returned to the main production cycle, and fractioned gravel is obtained from the remaining waste after crushing, which is used in road construction when filling roads [Khamatova AR, Khokhryakov OV Evaluation of the effectiveness of the use of electric steelmaking metallurgical slag of Izhstal OJSC (Izhevsk) as a filler for cements of low water demand // Theory and practice of increasing the efficiency of building materials: Materials of the X International Conference of Young Scientists - Penza, 2015].
Высокая активность исследуемых шлаков делает их прекрасным сырьем для производства цементных вяжущих. Способность к расширению и самоуплотнению позволяет применять шлаки в качестве компонента безусадочных ремонтных и гидроизоляционных смесей. The high activity of the investigated slag makes them an excellent raw material for the production of cement binders. The ability to expand and self-compaction allows the use of slag as a component of non-shrink repair and waterproofing mixtures.
Известна строительная смесь на основе металлургического шлака, по патенту RU 2320595 (выбран в качестве прототипа), содержащая цементный клинкер, гипс, золу ТЭС, доменный шлак и дополнительно известь при следующем соотношении компонентов, мас.%: цементный клинкер 22-26, гипс 1-2, зола ТЭС 6-13, доменный шлак 54-62, известь 6-8. Known building mixture based on metallurgical slag, according to the patent RU 2320595 (selected as a prototype), containing cement clinker, gypsum, TPP ash, blast furnace slag and additional lime in the following ratio of components, wt.%: Cement clinker 22-26, gypsum 1 -2, ash TPP 6-13, blast furnace slag 54-62, lime 6-8.
Ее недостатком является продолжительный срок схватывания, что делает невозможным ее использование при срочных аварийных работах. Кроме того, смесь характеризуется низкой прочностью вяжущего.Its disadvantage is the long setting time, which makes it impossible to use it in urgent emergency operations. In addition, the mixture is characterized by low binder strength.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение срока схватывания и повышение прочности затвердевшей смеси.An object of the present invention is to reduce the setting time and increase the strength of the hardened mixture.
Технический результат достигается в быстротвердеющей строительной смеси (далее - БСМ), содержащей массовые проценты компонентов: портландцемент - 55-65%; сталеплавильный шлак - 25-30%; гипс - 10-15%. БСМ изготовлена путем совместного помола компонентов до удельной поверхности 6770 см2/г. В качестве сталеплавильного шлака используется электросталеплавильный шлак, выдержанный в течение 6-8 месяцев в нормальных условиях (иначе, стабилизированный электросталеплавильный шлак), подвергнутый, перед введением в смесь, помолу до удельной поверхности 5200 см2/г. Под быстротвердеющей строительной смесью здесь понимается смесь, характеризующаяся временем схватывания до 10 минут.The technical result is achieved in a quick-hardening building mixture (hereinafter - BSM) containing mass percent of components: Portland cement - 55-65%; steelmaking slag - 25-30%; gypsum - 10-15%. BSM is made by co-grinding the components to a specific surface of 6770 cm 2 / g. As steelmaking slag, electric steelmaking slag is used, aged for 6-8 months under normal conditions (otherwise, stabilized electric steelmaking slag), subjected to grinding before being introduced into the mixture to a specific surface of 5200 cm 2 / g. By quick-hardening mortar here is meant a mixture characterized by a setting time of up to 10 minutes.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
Фиг. 1. Рентгенограмма ЭСШ:M – майенит (12CaO·7Al2O3); S – метасиликат кальция – волластонит (CaO·SiO2); C2S – белит (2CaO·SiO2); Q – кремнезем (SiO2); Mг – магнетит (Fe3O4); А – однокальциевый алюминат (CaO·Al2O3); F – вюстит (FeO); Ом – периклаз (MgO); Р – портландит (Ca(OH)2); Ок – негашеная известь (CaO).FIG. 1. X-ray diffraction pattern of the ESH: M - mayenite (12CaO · 7Al 2 O 3 ); S - calcium metasilicate - wollastonite (CaO · SiO 2 ); C 2 S - belite (2CaO · SiO 2 ); Q is silica (SiO 2 ); Mg - magnetite (Fe 3 O 4 ); A - single-calcium aluminate (CaO · Al 2 O 3 ); F - wustite (FeO); Ohm - periclase (MgO); P - portlandite (Ca (OH) 2 ); Ok - quicklime (CaO).
Фиг. 2. Микроструктура цементного образца, изготовленного из портландцемента ЦЕМ I 42,5 Б производства ЗАО «Ульяновскцемент», в 1000-кратном увеличении.FIG. 2. The microstructure of the cement sample made from Portland cement CEM I 42.5 B manufactured by CJSC Ulyanovskcement, in a 1000-fold increase.
Фиг. 3. Микроструктура образца цементной композиции, включающей электросталеплавильный шлак (28% от массы сухой смеси) и строительный гипс (12%) при 1000-кратном увеличении.FIG. 3. The microstructure of the sample of the cement composition, including electric steelmaking slag (28% by weight of the dry mixture) and building gypsum (12%) at a 1000-fold increase.
Фиг. 4. ИК-спектр цементного образца, изготовленного из портландцемента ЦЕМ I 42,5 Б производства ЗАО «Ульяновскцемент» в возрасте 1 сут. FIG. 4. IR spectrum of a cement sample made from Portland cement CEM I 42.5 B manufactured by CJSC Ulyanovskcement at the age of 1 day.
Фиг. 5. ИК-спектр образца цементной композиции, включающей электросталеплавильный шлак (28% от массы сухой смеси) и строительный гипс (12%) в возрасте 1 сут.FIG. 5. The IR spectrum of the sample of the cement composition, including electric steelmaking slag (28% by weight of the dry mix) and building gypsum (12%) at the age of 1 day.
Фиг. 6. ИК-спектр цементного образца, изготовленного из портландцемента ЦЕМ I 42,5 Б производства ЗАО «Ульяновскцемент» в возрасте 28 сутFIG. 6. IR spectrum of a cement sample made from Portland cement CEM I 42.5 B manufactured by CJSC Ulyanovskcement at the age of 28 days
Фиг. 7. ИК-спектр образца цементной композиции, включающей электросталеплавильный шлак (28% от массы сухой смеси) и строительный гипс (12%) в возрасте 28 сут.FIG. 7. The infrared spectrum of the sample of the cement composition, including electric steelmaking slag (28% by weight of the dry mix) and building gypsum (12%) at the age of 28 days.
Сухая БСМ изготовлена путем кратковременного (в течение 2 мин) совместного помола до удельной поверхности 6770 см2/г следующих компонентов (указаны % от массы сухой смеси): портландцемент (ЦЕМ I 42,5 Б производства ЗАО «Ульяновскцемент», г. Новоульяновск, Россия) - 55-65%; электросталеплавильный шлак - 25-30%; гипс (строительный Г-4БII ООО «Прикамская гипсовая компания», г. Пермь, Россия) - 10-15%.Dry BSM is made by short-term (within 2 minutes) joint grinding to a specific surface of 6770 cm 2 / g of the following components (% of the dry mix weight indicated): Portland cement (CEM I 42.5 B manufactured by Ulyanovskcement CJSC, Novoulyanovsk, Russia) - 55-65%; electric smelting slag - 25-30%; gypsum (building G-4BII, Prikamskaya Gypsum Company LLC, Perm, Russia) - 10-15%.
Помол осуществляется с помощью вибрационно-шаровой мельницы с мощностью двигателя, например 3 кВт, и объемом помольной камеры 10 л. Исходя из принципов механоактивации, при совместном помоле достигается повышение активности и других строительно-технических свойств БСМ, за счет сочетания тонкого помола цементных зерен и сталеплавильного шлака (далее - шлак), а также повышения однородности смеси [Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии, №75(3), 2006. – С. 203–216, Траутваин А.И. Особенности механоактивированных минеральных порошков / Траутваин А.И., Ядыкина В.В., Гридчин А.М. // Строительные материалы, №11, 2011. – С. 32-34].Grinding is carried out using a vibratory ball mill with an engine power of, for example, 3 kW, and a grinding chamber with a volume of 10 l. Based on the principles of mechanical activation, joint grinding achieves an increase in the activity and other construction and technical properties of BSM, due to the combination of fine grinding of cement grains and steelmaking slag (hereinafter referred to as slag), as well as increasing the uniformity of the mixture [Boldyrev V.V. Mechanochemistry and mechanical activation of solids // Advances in Chemistry, No. 75 (3), 2006. - P. 203–216, A. Trautvain. Features of mechanically activated mineral powders / Trautvain A.I., Yadykina V.V., Gridchin A.M. // Building materials, No. 11, 2011. - S. 32-34].
Для исследуемого шлака (ОАО «Ижсталь», г.Ижевск) наиболее характерными являются силикатный и железистый распады. Подверженность данного шлака распаду не позволяет применять его сразу после охлаждения. Поэтому используется стабилизированный шлак, выдержанный в течение 6-8 месяцев в нормальных условиях до получения устойчивой структуры. Ускорению распада также способствовали дробление и последующий помол шлака непосредственно перед введением в БСМ. Ввиду низкой размолоспособности шлака, перед введением в состав БСМ, он подвергался дополнительному помолу до удельной поверхности 5200 г/см3. Характеристика шлака приведена в таблице 1.For the investigated slag (OAO Izhstal, Izhevsk), the most characteristic are silicate and glandular decomposition. Exposure to this slag decay does not allow its use immediately after cooling. Therefore, stabilized slag is used, aged for 6-8 months under normal conditions until a stable structure is obtained. Crushing and subsequent grinding of slag immediately before introduction into BSM also contributed to the acceleration of decay. Due to the low grinding ability of the slag, before being introduced into the BSM composition, it was subjected to additional grinding to a specific surface of 5200 g / cm 3 . Slag characteristics are given in table 1.
Таблица 1. Характеристика электросталеплавильного шлака ОАО «Ижсталь»Table 1. Characteristics of electric steelmaking slag OJSC "Izhstal"
- до дробления
- после дробленияBulk density
- before crushing
- after crushing
1460
1510
1460
1510
- до помола
- после помола (в течение 10 мин)Specific surface area
- before grinding
- after grinding (within 10 min)
1448
5200
1448
5200
Предварительно была определена гидравлическая активность молотого стабилизированного шлака и было установлено, что в 28-суточном возрасте его прочность составляет не более 3 МПа (см. табл. 1). Выполнена оценка минералогического состава ЭСШ с помощью рентгенофазового анализа (фиг. 1). Полученные данные свидетельствуют о преобладании в структуре затвердевшего шлака кристаллических фаз при минимальном содержании стекловидных образований. Преобладающими минералами являются майенит, периклаз, белит, портландит. Часть минералов способна реагировать с водой с образованием гидратных соединений, таких как CSH, Ca(OH)2 и др., что, вероятно, положительно отразилось на гидравлической активности ЭСШ, а также оказало благотворное влияние на набор прочности при совместной работе портландцемента и шлака в составе БСМ.The hydraulic activity of ground stabilized slag was previously determined and it was found that at 28 days of age its strength is not more than 3 MPa (see table 1). An assessment of the mineralogical composition of the ESh using x-ray phase analysis (Fig. 1). The data obtained indicate the predominance of crystalline phases in the structure of hardened slag with a minimum content of vitreous formations. The predominant minerals are mayenite, periclase, belite, and portlandite. Some minerals are able to react with water with the formation of hydrate compounds, such as CSH, Ca (OH) 2 , etc., which probably had a positive effect on the hydraulic activity of the ESH, and also had a beneficial effect on the set of strength during the joint work of Portland cement and slag in composition of BSM.
Физико-механические характеристики БСМ были определены на образцах-кубиках с размером ребра 2 см. Технические характеристики полученной смеси (см. табл. 2) приведены в сравнении со строительными смесями «ГИДРОПАКОЛЬ-стоп» ООО «Гидроинтехплюс» (Россия) (http://gidropakol-russia.ru/media/pdf/gidropakol-stop.pdf?download) и «Пенеплаг» (ТУ 5745-001-77921756-200) производства ГК «Пенетрон-Россия», в состав которых входят химические модификаторы (в настоящем изобретении используется шлак в качестве минерального модификатора). Особенностью шлака в составе исследуемой композиции является существенное ускорение схватывания цементного теста.The physicomechanical characteristics of BSM were determined on cube samples with a rib size of 2 cm. The technical characteristics of the mixture obtained (see Table 2) are given in comparison with the GIDROPAKOL-stop construction mixtures of Gidrointekhplus LLC (Russia) (http: / /gidropakol-russia.ru/media/pdf/gidropakol-stop.pdf?download) and Peneplag (TU 5745-001-77921756-200) manufactured by Penetron-Russia Group of Companies, which include chemical modifiers (in the present the invention uses slag as a mineral modifier). A feature of slag in the composition of the studied composition is a significant acceleration of the setting of the cement paste.
Таблица 2. Технические характеристики БСМ, полученной с использованием шлакаTable 2. Specifications BSM obtained using slag
п/пNo.
p / p
изм.Units
rev.
(В/Т=0,30)Peneplag
(W / T = 0.30)
(В/Т=0,20)HYDROPACOLE-stop
(W / T = 0.20)
- начало
- конецSetting time, min:
- Start
- end
1
3,5
one
3,5
1
4
one
four
1
3
one
3
Как видно из таблицы 2 по физико-механическим характеристикам, БСМ превосходит по многим параметрам производственные аналоги. Так, например, сухую строительную смесь «Пенеплаг» производства группы компаний «Пенетрон-Россия» БСМ превосходит по прочности после 28-ми суток нормального твердения более чем в 4 раза. Отметим, что интенсивный набор прочности камня протекает в первые 7 суток, к 28-м суткам процессы гидратации значительно замедляются, что объясняется тонким помолом компонентов смеси. As can be seen from table 2 in physical and mechanical characteristics, BSM is superior in many respects to production analogues. So, for example, the Peneplag dry building mix produced by the Penetron-Russia group of companies BSM is more than 4 times stronger in strength after 28 days of normal hardening. Note that an intensive set of stone strength occurs in the first 7 days, by the 28th day hydration processes are significantly slowed down, which is explained by a fine grinding of the mixture components.
Для понимания процессов, протекающих в структуре цементного камня БСМ, были выполнены микроскопические исследования проб, отобранных после испытания образцов БСМ на основе шлака. Результаты представлены в виде микроструктуры поверхностей свежих сколов проб образцов.To understand the processes taking place in the structure of BSM cement stone, microscopic studies of samples taken after testing BSM samples based on slag were performed. The results are presented in the form of the microstructure of the surfaces of fresh chips of sample samples.
При сравнении с микроструктурой образца, изготовленного из портландцемента (фиг. 2), отмечено, что для БСМ, включающей электросталеплавильный шлак (фиг.3), характерна более однородная структура цементного камня, в то время как для цементного образца характерна дискретная рыхлая структура, состоящая преимущественно из пластинчатых и чешуйчатых новообразований, что характерно для такого минерала, как портландит (Ca(OH)2), а также для гидросиликатов кальция.When comparing with the microstructure of a sample made of Portland cement (Fig. 2), it was noted that BSM, including electric steelmaking slag (Fig. 3), is characterized by a more uniform structure of cement stone, while a cement sample is characterized by a discrete loose structure consisting of mainly from lamellar and scaly neoplasms, which is typical for such a mineral as portlandite (Ca (OH) 2 ), as well as for calcium hydrosilicates.
По ИК-спектрам хорошо прослеживается минералогический состав негидратированного цемента (фиг. 4): основной минерал – алит C3S: валентные колебания Si-O связей – интенсивные полосы поглощения 981,77 см-1; 875,68 см-1 и колебания CaO – 472,56 см-1; трехкальциевый алюминат C3A (валентные колебания Al-O-Si связей) – полосы поглощения в области 1112-1114 см-1. According to IR spectra, the mineralogical composition of non-hydrated cement is well traced (Fig. 4): the main mineral is C 3 S alite: stretching vibrations of Si-O bonds — intense absorption bands of 981.77 cm -1 ; 875.68 cm -1 and CaO vibrations 472.56 cm -1 ; tricalcium aluminate C 3 A (stretching vibrations of Al-O-Si bonds) - absorption bands in the region of 1112-1114 cm -1 .
В сравнении спектров цементного камня на основе ЦЕМ I 42,5 Б (фиг. 4, 6) и БСМ (фиг. 5, 7), после 1 суток и после 28-суточного твердения отчетливо видны следы прохождения процесса гидратации с образованием его основных продуктов: в области валентных колебаний OH-групп возрастает интенсивность полос поглощения портландита 3640 см-1; растет интенсивность колебаний адсорбционной воды при 1654,92 см-1 и Ca(OH)2 при 1473,62 см-1; 1458,18 см-1. Наблюдаются полосы поглощения при 3421,72 см-1, характерные для колебаний OH-групп, участвующих в образовании водородных связей. Увеличение интенсивности полос поглощения в области 1116,78 см-1 оценивается как косвенное доказательство образования гидроалюминатов кальция. In comparing the spectra of cement stone based on CEM I 42.5 B (Fig. 4, 6) and BSM (Fig. 5, 7), after 1 day and after 28 days of hardening, traces of the hydration process with the formation of its main products are clearly visible : in the region of stretching vibrations of OH groups, the intensity of the absorption bands of Portlandite 3640 cm -1 increases; the intensity of oscillations of adsorption water increases at 1654.92 cm -1 and Ca (OH) 2 at 1473.62 cm -1 ; 1458.18 cm -1 . Absorption bands are observed at 3421.72 cm -1 , characteristic of the vibrations of OH groups involved in the formation of hydrogen bonds. The increase in the intensity of the absorption bands in the region of 1116.78 cm -1 is estimated as indirect evidence of the formation of calcium hydroaluminates.
При сравнении ИК-спектров после 1 суток (фиг. 4, 5) твердения видно, что значительно возрастает интенсивность полос поглощения, характерных для колебаний OH-групп в образце БСМ. Это свидетельствует об активных реакциях гидратации, превосходящих своей интенсивностью реакции в образце контрольного состава, и, как следствие, быстрому схватыванию раствора. Однако к 28-м суткам ситуация меняется и интенсивность возрастания водородных связей в контрольном составе преобладает (фиг. 6, 7). Это свидетельствует о том, что процессы гидратации в БСМ протекают наиболее интенсивно в первые сутки твердения и значительно замедляются к 28-м суткам, так как частицы вяжущего успевают полностью прореагировать с водой.When comparing the IR spectra after 1 day (Fig. 4, 5) of hardening, it is seen that the intensity of the absorption bands characteristic of the vibrations of OH groups in the BSM sample increases significantly. This indicates active hydration reactions that are superior in their intensity to the reactions in the sample of the control composition, and, as a consequence, the rapid setting of the solution. However, by the 28th day the situation changes and the intensity of the increase in hydrogen bonds in the control composition prevails (Fig. 6, 7). This indicates that the hydration processes in BSM proceed most intensively in the first day of hardening and significantly slow down by the 28th day, since the binder particles have time to completely react with water.
Прочность на сжатие раствора, полученного из БСМ, после 28-ми суток твердения - 66,8 МПа, причем, после 7-х суток (66,4 МПа) набора прочности уже практически не происходит. Использование стабилизированного шлака приводит к тому, что раствор БСМ уже не способен к расширению, поскольку уже произошли реакции известкового и силикатного распадов. БСМ позволяет оперативно провести ремонтные работы по устранению течей, например, в бетонных и каменных колодцах, поскольку раствор начинает твердеть уже через 3-5 минут, использование заполнителей (например, песка) не требуется.The compressive strength of the solution obtained from BSM after 28 days of hardening is 66.8 MPa, and, after 7 days (66.4 MPa), the set of strength practically does not occur. The use of stabilized slag leads to the fact that the BSM solution is no longer capable of expansion, since reactions of calcareous and silicate decays have already occurred. BSM allows you to quickly carry out repair work to eliminate leaks, for example, in concrete and stone wells, since the solution begins to harden after 3-5 minutes, the use of aggregates (for example, sand) is not required.
При повышении содержания шлака в БСМ более 30% начинается резкое снижение прочности, поскольку в виде вяжущего компонента в композиции выступает в первую очередь портландцемент, содержание которого в этом случае уменьшится. Гипс вводился для образования эттрингита, что является необходимым условием, т.к. он представляет собой минерал гидросульфоалюминат кальция трехсульфатной формы. Электросталеплавильный шлак обладает собственной гидравлической активностью, его минералогический состав близок к составу портландцемента, что позволяет успешно сочетать их в качестве компонентов быстротвердеющих композиций. Введение шлака ОАО «Ижсталь» в цементную систему в количестве 25-30% (от массы сухой смеси) в сочетании со строительным гипсом приводит к ускорению сроков схватывания быстротвердеющей композиции. Микроструктура затвердевшего раствора БСМ более однородная и плотная в сравнении с портландцементным камнем. Способность к расширению и самоуплотнению БСМ позволяет успешно применять сталеплавильные шлаки в качестве компонента безусадочных ремонтных и гидроизоляционных смесей.With an increase in the slag content in BSM of more than 30%, a sharp decrease in strength begins, since Portland cement primarily acts as an astringent component in the composition, the content of which in this case decreases. Gypsum was introduced to form ettringitis, which is a prerequisite, because it is a trisulfate form calcium hydrosulfoaluminate mineral. Electric steelmaking slag has its own hydraulic activity, its mineralogical composition is close to that of Portland cement, which allows them to be successfully combined as components of quick hardening compositions. The introduction of Izhstal slag into the cement system in an amount of 25-30% (by weight of the dry mixture) in combination with gypsum leads to an acceleration of the setting time of the quick-hardening composition. The microstructure of the hardened BSM solution is more uniform and dense in comparison with Portland cement stone. The ability to expand and self-seal BSM allows the successful use of steelmaking slags as a component of non-shrink repair and waterproofing mixtures.
Результаты исследований позволяют говорить о том, что БСМ можно использовать при аварийных ремонтных работах для остановки активных течей в бетонных, каменных и кирпичных конструкциях. БСМ способствует снижению экологической нагрузки на окружающую среду в местах отвала электросталеплавильного шлака.The research results suggest that BSM can be used in emergency repairs to stop active leaks in concrete, stone and brick structures. BSM helps to reduce the environmental burden on the environment at the dump sites of electric steelmaking slag.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106217A RU2647010C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Fast-hardening construction compound based on steel slag |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106217A RU2647010C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Fast-hardening construction compound based on steel slag |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647010C1 true RU2647010C1 (en) | 2018-03-13 |
Family
ID=61629290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106217A RU2647010C1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Fast-hardening construction compound based on steel slag |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647010C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740969C2 (en) * | 2019-06-14 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Челябинский государственный университет" | Method of making heat-resistant concrete mixture and method of making heat-resistant concrete articles |
| WO2021235922A1 (en) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | Асель Ермековна ДЖЕКСЕМБАЕВА | Cement-based building mixture with steelmaking slag additive |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1537657A1 (en) * | 1988-01-14 | 1990-01-23 | Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт строительных материалов им.С.А.Дадашева | Binder for preparing mortars and concretes |
| JP2000044320A (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Inorganic hardened body and its production |
| RU2340577C2 (en) * | 2006-07-07 | 2008-12-10 | ИНОСТРАННОЕ ДОЧЕРНЕЕ ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Транс Ворлд Технолоджи" | Sulfate-slag binding agent |
| RU2347764C2 (en) * | 2007-03-12 | 2009-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Method of producing portland cement clinker from industrial wastes |
| CN102249571A (en) * | 2011-05-06 | 2011-11-23 | 山东科技大学 | Energy-saving composite white cement |
| EP2832706A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-02-04 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Rapidly hardening cement |
-
2017
- 2017-02-27 RU RU2017106217A patent/RU2647010C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1537657A1 (en) * | 1988-01-14 | 1990-01-23 | Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт строительных материалов им.С.А.Дадашева | Binder for preparing mortars and concretes |
| JP2000044320A (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Inorganic hardened body and its production |
| RU2340577C2 (en) * | 2006-07-07 | 2008-12-10 | ИНОСТРАННОЕ ДОЧЕРНЕЕ ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Транс Ворлд Технолоджи" | Sulfate-slag binding agent |
| RU2347764C2 (en) * | 2007-03-12 | 2009-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Method of producing portland cement clinker from industrial wastes |
| CN102249571A (en) * | 2011-05-06 | 2011-11-23 | 山东科技大学 | Energy-saving composite white cement |
| EP2832706A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-02-04 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Rapidly hardening cement |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740969C2 (en) * | 2019-06-14 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Челябинский государственный университет" | Method of making heat-resistant concrete mixture and method of making heat-resistant concrete articles |
| WO2021235922A1 (en) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | Асель Ермековна ДЖЕКСЕМБАЕВА | Cement-based building mixture with steelmaking slag additive |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El-Alfi et al. | Preparation of calcium sulfoaluminate-belite cement from marble sludge waste | |
| Vaičiukynienė et al. | Effect of phosphogypsum on the stability upon firing treatment of alkali-activated slag | |
| Deng et al. | An accelerator prepared from waste concrete recycled powder and its effect on hydration of cement-based materials | |
| Bayat et al. | Effects of red mud on the properties of fresh and hardened alkali-activated slag paste and mortar | |
| Lu et al. | Use of basic oxygen furnace slag fines in the production of cementitious mortars and the effects on mortar expansion | |
| Heidari et al. | A study of the mechanical properties of ground ceramic powder concrete incorporating nano-SiO2 particles | |
| Dave et al. | Study on quaternary concrete micro-structure, strength, durability considering the influence of multi-factors | |
| Mikhailova et al. | Effect of dolomite limestone powder on the compressive strength of concrete | |
| JP5580306B2 (en) | Expandable material and method for producing the same | |
| Dueramae et al. | Investigation of compressive strength and microstructures of activated cement free binder from fly ash-calcium carbide residue mixture | |
| Mladenovič et al. | Calcium aluminate rich secondary stainless steel slag as a supplementary cementitious material | |
| Dobiszewska et al. | Effect of basalt powder addition on properties of mortar | |
| Dvorkin et al. | Application areas of phosphogypsum in production of mineral binders and composites based on them: A review of research results | |
| TWI701228B (en) | Concrete composition and method for producing the same | |
| RU2647010C1 (en) | Fast-hardening construction compound based on steel slag | |
| Shi et al. | Co-utilization of reactivated cement pastes with coal gangue | |
| Sai et al. | Strength properties of concrete by using red mud as a replacement of cement with hydrated lime | |
| Zhao et al. | Activation the hydration properties of illite-containing tailings to prepare a binder for cemented paste backfill | |
| Demirbaş | Optimizing the physical and technological properties of cement additives in concrete mixtures | |
| Thapa et al. | Performance of lime-metakaolin pastes using gravel wash mud (GWM) | |
| WO2022203642A1 (en) | Production method of geopolymer binder | |
| JP3747988B2 (en) | Expandable material composition and expanded cement composition | |
| Bayiha et al. | Comparative study of the effects of a natural pozzolan and an artificial pozzolan on the hydraulic properties of Portland cement mortar | |
| Samchenko et al. | Sulfoaluminate cements based on technogenic waste | |
| Khamatova et al. | Effect of hardening accelerators and other chemical admixtures on the properties of a quick-setting mixture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190228 |