RU2766258C1 - Портландцемент с минеральными добавками - Google Patents

Портландцемент с минеральными добавками Download PDF

Info

Publication number
RU2766258C1
RU2766258C1 RU2021125848A RU2021125848A RU2766258C1 RU 2766258 C1 RU2766258 C1 RU 2766258C1 RU 2021125848 A RU2021125848 A RU 2021125848A RU 2021125848 A RU2021125848 A RU 2021125848A RU 2766258 C1 RU2766258 C1 RU 2766258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
portland cement
limestone
chamotte
superplasticizer
kaolin powder
Prior art date
Application number
RU2021125848A
Other languages
English (en)
Inventor
Левон Рафаэлович Маилян
Сергей Анатольевич Стельмах
Евгений Михайлович Щербань
Александр Каюмович Халюшев
Михаил Геннадиевич Холодняк
Андрей Александрович Чернильник
Диана Михайловна Ельшаева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2021125848A priority Critical patent/RU2766258C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2766258C1 publication Critical patent/RU2766258C1/ru

Links

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
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/26—Carbonates
    • C04B14/28—Carbonates of calcium
    • 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
    • C04B7/02—Portland cement
    • 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

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для изготовления бетонных смесей и растворов, применяемых на предприятиях по производству сборного железобетона и бетоносмесительных узлах. Техническим результатом является повышение предела прочности на сжатие в ранние сроки твердения за счет введения в состав портландцемента двух видов минеральных добавок (порошок шамотно-каолиновый и известняк) и снижение водопотребности портландцемента за счет введения химической добавки (суперпластификатора С-3). Сущность изобретения заключается в том, что портландцемент с минеральными добавками включает портландцементный клинкер, шлак ТЭС, порошок шамотно-каолиновый, известняк, двуводный гипс и химическую добавку в виде суперпластификатора С3, в следующем соотношении компонентов, масс. %: портландцементный клинкер (ПЦК) - 63–75; двуводный гипс (ДГ) - 4,4–5,3 (в пересчете на SO3); шлак ТЭС - 5–10; порошок шамотно-каолиновый (ПШК) – 2,5–7,5; известняк (И) – 13–14; химическая добавка - суперпластификатор С-3 – 0,1–0,2. 2 ил., 5 табл.

Description

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для изготовления бетонных смесей и растворов, применяемых на предприятиях по производству сборного железобетона и бетоносмесительных узлах.
Известен состав портландцемента (см. RU 2496728 C1, C04B 7/52, C04B 7/52, опубл. 27.10.2013), содержащий портландцементный клинкер, двуводный гипс и добавку. В качестве добавки применяют натрий фтористый. В состав портландцемента входит, масс. %:
портландцементный клинкер 95,93–98,77
гипс двуводный 0,50–1,92
натрий фтористый остальное
Известна смесь портландцемента с минеральной добавкой (см. RU 2476391 C1, C04B 7/02, C04B 7/02, опубл. 27.02.2013). В качестве минеральной добавки применяют природный волластонит с размером частиц менее 40 мк при следующем соотношении компонентов, масс. %:
портландцемент 85–95
природный волластонит механоактивированный 10–15
Наиболее близким техническим решением является состав портландцемента (см. RU 2460699 C1, C04B 7/02, C04B 7/02, опубл. 10.09.2012)., содержащий следующие компоненты, масс. %:
необожженный доломит (НД) 5,0–15,0
доменный гранулированный шлак (ДГШ) 5,0–15,0
портландцементный клинкер (ПЦК) 75,0–77,5
двуводный гипс (ДГ) 2,5–5,0
Наиболее существенным недостатком известного состава портландцемента является применение необожженного молотого доломита, относящегося к классу карбонатов с химическим составом CaCO3·MgCO3, так как в этом случае он может содержать вредный оксид магния MgO, который вызывает неравномерность изменения объема. Кроме того, содержание оксида магния ограничивается не более 5 % в портландцементах любого типа, данная минеральная добавка не предусмотрена стандартом ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия», а также обладает повышенной водопотребностью в сравнении с молотым известняком (CaCO3).
Задачей предлагаемого изобретения является получение портландцемента с более низкой водопотребностью и повышенным пределом прочности на сжатие в ранние сроки твердения.
Сущность изобретения заключается в том, что портландцемент с минеральными добавками, включающий портландцементный клинкер, шлак ТЭС, порошок шамотно-каолиновый, известняк, двуводный гипс и химическую добавку в виде суперпластификатора С3, в следующем соотношении компонентов, масс. %:
портландцементный клинкер (ПЦК) 63–75
двуводный гипс (ДГ) 4,4–5,3 (в пересчете на SO3)
шлак ТЭС 5–10
порошок шамотно-каолиновый (ПШК) 2,5–7,5
известняк (И) 13–14
химическая добавка - суперпластификатор С-3 0,1–0,2
Технический результат получаем за счет введения в состав портландцемента двух видов минеральных добавок (порошок шамотно-каолиновый и известняк), что позволяет в процессе гидратации образовывать карбоалюминаты кальция, которые в свою очередь повышают предел прочности на сжатие в ранние сроки твердения, а химическая добавка – (суперпластификатор С-3) снижает водопотребность портландцемента.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава были разработаны и испытаны несколько составов портландцемента с добавками, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Расход компонентов портландцемента с минеральными добавками
№ Расход материалов, %
ПЦК ДГ Шлак ТЭС ПШК И Хим. добавка С-3
1 60–80 3,5–5,5 4–11 2,0–8,3 10–15 0,1–0,2
2 63–75 4,4–5,3 5–10 2,5–7,5 13–14 0,1–0,2
3 63–75 4,4–5,3 5–10 2,5–7,5 10–15 0,1–0,2
4 63–75 4,4–5,3 5–10 2,5–7,5 13–14 0,1–0,2
5 60–80 3,5–5,5 4–11 2,0–8,3 10–15 0,1–0,2
Характеристика исходных компонентов:
1. Вяжущее вещество: портландцемент, полученный совместным помолом в лабораторной шаровой мельнице клинкера и гипсового камня до удельной поверхности 320 м2/кг;
Химико-минералогический состав вяжущего вещества представлен в таблице 2.
Таблица 2
Химико-минералогический состав вяжущего вещества
Химический состав, % Минералогический
состав, %
MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO SO3 ППП R2O C3S β-C2S C3A C4AF
Цементный клинкер
1,22 23,69 4,06 5,06 64,61 0,48 0,66 0,22 58,61 25,15 6,3 9,94
Физико-механические свойства вяжущего вещества представлены в таблице 3.
Таблица 3
Физико-механические свойства вяжущего вещества
Наименование Удельная поверхность,
м2/кг		 Нормальная густота, % Сроки схватывания, ч-мин Активность, МПа
начало конец Rиз Rсж
ЦЕМ I 314 26,5 0-45 3-40 6,4 52,5
2. Химическая добавка: химический модификатор – суперпластификатор С-3 (ТУ 2481-001-51831493-00). Продукт на нафталинформальдегидной основе в виде водорастворимого порошка коричневого цвета или водного раствора темно-коричневого цвета, имеющего концентрацию не менее 32 %. Производитель – ТПО «Универсальные бетоны» (Россия, Ставропольский край, г. Лермонтов).
Согласно ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» для цементов в качестве специальных и технологических добавок применяют органические или неорганические материалы. Количество органических добавок в сухом состоянии не должно превышать 0,2 % от массы цемента.
3. Минеральные добавки
- двуводный гипс (ДГ)
- шлак ТЭС;
- порошок шамотно-каолиновый (ПШК).
- известняк (И).
Для получения цемента с минеральными добавками применялись следующие минеральные добавки, которые представляют собой побочные продукты различных отраслей промышленности. Химический состав минеральных добавок представлен в таблице 4.
Таблица 4
Химический состав минеральных добавок
Содержание оксидов, % Наименование добавки
ПШК Шлак ТЭС И
SiO2 50,67 55,66 3,73
Al2O3 34,20 22,40 0,44
Fe2O3 1,13 15,00 0,63
TiO2 0,71 0,75 0,03
CaO 5,11 2,10 50,90
MgO 0,69 1,60 1,99
P2O5 0,03 0,07 0,40
K2O 0,32 2,26 0,14
Na2O 0,14 0,78 0,08
SO3 <0,1 <0,01 0,12
ППП 6,62 0,02 41,50
3.1 Химически чистый двуводный гипс состоит из 32,5 % CaO, 46,5 % SO2 и 21 % H2O. Двуводный гипс является мягким минералом, его твердость по шкале Мооса равна 2. Цвет минерала приближается к белому (в зависимости от вида, наличия и количества примесей может быть серым, желтовато-бурым). Поставщик – ООО «Минерал-Хорс», г. Воронеж.
3.2 В составе стеклофазы присутствует достаточно большое количество кристаллических соединений в виде минералов акерманита (d = 0,309; 0,287 нм), геленита (d = 0,285; 0,243; 0,219 нм), мервинита (d = 0,268; 0,265 нм) и других соединений. При этом общее содержание кристаллических фаз составляет 33,3 %.
Шлаки ТЭС образуются в условиях высоких температур в результате физико-химического взаимодействия компонентов исходных твердых материалов (топлива, руды и плавня) и газовой среды. В основном шлак ТЭС представлен стекловидной фазой, без каких-либо кристаллических включений.
3.3 Анализ порошка шамотно-каолинового поясняется чертежами, где на фиг. 1 – рентгенограмма пробы порошка шамотно-каолинового, фиг. 2 – ИК-спектры образца порошка шамотно-каолинового.
Рентгенофазовый анализ проб порошка шамотно-каолинового показал наличие значительного количества минерала каолинита в пробе, о чем свидетельствуют дифракционные отражения (d = 0,277; 0,256; 0,248; 0,233; 0,199; 0,189; 0,178; 0,166; 0,148 нм).
Отмечено наличие кристаллического β-кварца (d = 0,424; 0,357; 0,334; 0,245; 0,231; 0,212; 0,181; 0,154 нм) и небольшое количество α-кварца (d = 0,230; 0,220 нм). На дифрактограмме присутствуют также линии минерала трехкальциевого алюмината (d = 0,270; 0,220; 0,189 нм).
По данным инфракрасной спектроскопии в пробе ПШК отмечено присутствие значительного количества минерала каолинита, о чем свидетельствуют линии на спектрограмме в области 1115-1110, 1035, 1010 см-1 – валентные колебания связи Si – O (Si) и Si – O; 940 и 915 см-1 – деформационные колебания структурных гидроксильных минералов, связанных с катионами Al3+; 545 см-1 – смешанные деформационные Si – O и валентные Al – O(H) колебания; 470 и 430 см-1 – деформационные Si – O колебания; 3695-3700, 3665-3670, 3620-3625 см-1 – валентные колебания структурных гидроксильных групп.
Таким образом, с помощью рентгенофазового и ИК-спектрального анализов установлено, что порошок шамотно-каолиновый представлен такими кристаллическими фазами, как каолинит, β и α-кварц, а также минералом трехкальциевого алюмината. Логично предположить, что в составе ПШК должно присутствовать значительное количество рентгеноаморфного метакаолинита, образующегося при дегидратации исходного каолинита. Это значит, что метакаолинит и трехкальциевый алюминат будут определять гидравлическую активность порошка шамотно-каолинового. Значительного влияния на процессы гидратации портландцемента с добавкой ПШК следует ожидать и от минерала каолинита.
3.4. Известняк (И) представляет собой природный каменный материал бело-серо-желтого цвета. Месторождение – Правобережное. Оно расположено в Краснодарском крае, Лабинском районе, на правом берегу р. Малая Лаба, в 4 км к востоку от ж.-д. станции Шедок. Химический состав приведен в таблице 4.
Составы изготавливали следующим образом:
Для всех составов определялось значение нормальной густоты, после чего формовали образцы-призмы с размерами 4×4×16 см согласно ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка». Полученные данные (таблица 5) свидетельствуют о том, что предел прочности на сжатие, определенный в возрасте двух суток нормального твердения на образцах-призмах, находится в пределах нормативных значений по ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» для цементов и соответствуют классу по прочности не менее 42,5Б (прочность на сжатие, МПа, не менее 20 и 42,5 в возрасте 2 и 28 суток соответственно).
Значения предела прочности на сжатие для разработанного состава выше, чем у других аналогичных составов.
Таблица 5
Составы портландцемента
№ Состав портландцемента, % Предел прочности на сжатие в возрасте 2 суток твердения, МПа Нормальная густота цементного теста НГ, %
ПЦК ДГ ДГШ Шлак ТЭС ПШК И НД С-3
1 60 5,5 - 11 8,3 15 - 0,2 12,1 25
2 63 5,3 - 10 7,5 14 - 0,2 21,2 23
3 70 5 - 8 5 11,9 - 0,1 8,1 26
4 75 4,4 - 5 2,5 13 - 0,1 20,8 23
5 78 5,9 - 4 2 10 - 0,1 13,8 24
RU 2460699 75,0 3,5 10 - - - 11,5 - 9,8 27
Выполнена разработка составов портландцемента с минеральными добавками на основе отходов промышленности. Определена область оптимальных значений в дозировках минеральных добавок, а также установлено, что введение порошка шамотно-каолинового в сочетании с молотым известняком оказывает значительное влияние на повышение предела прочности на сжатие цементного камня в ранние сроки твердения, а введение химического модификатора С-3 понижает водопотребность портландцемента.

Claims (2)

  1. Портландцемент с минеральными добавками, включающий портландцементный клинкер, шлак ТЭС, порошок шамотно-каолиновый, известняк, двуводный гипс и химическую добавку в виде суперпластификатора С3, в следующем соотношении компонентов, масс. %:
  2. портландцементный клинкер (ПЦК) 63–75 двуводный гипс (ДГ) 4,4–5,3 (в пересчете на SO3) шлак ТЭС 5–10 порошок шамотно-каолиновый (ПШК) 2,5–7,5 известняк (И) 13–14 химическая добавка - суперпластификатор С-3 0,1–0,2
RU2021125848A 2021-09-01 2021-09-01 Портландцемент с минеральными добавками RU2766258C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125848A RU2766258C1 (ru) 2021-09-01 2021-09-01 Портландцемент с минеральными добавками

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125848A RU2766258C1 (ru) 2021-09-01 2021-09-01 Портландцемент с минеральными добавками

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766258C1 true RU2766258C1 (ru) 2022-02-10

Family

ID=80214943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021125848A RU2766258C1 (ru) 2021-09-01 2021-09-01 Портландцемент с минеральными добавками

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766258C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794056C1 (ru) * 2022-06-10 2023-04-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Череповецкий государственный университет" Вяжущее, включающее доменный шлак и цемент

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460699C1 (ru) * 2010-12-29 2012-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Портландцемент
CN109293262A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 广州极慧技术服务有限公司 一种高强度抗渗水泥及其制备方法
CN109354423A (zh) * 2018-11-07 2019-02-19 富蕴天山水泥有限责任公司 一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法
JP2020164409A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 三菱マテリアル株式会社 セメント組成物

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460699C1 (ru) * 2010-12-29 2012-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Портландцемент
CN109293262A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 广州极慧技术服务有限公司 一种高强度抗渗水泥及其制备方法
CN109354423A (zh) * 2018-11-07 2019-02-19 富蕴天山水泥有限责任公司 一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法
JP2020164409A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 三菱マテリアル株式会社 セメント組成物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕРМИЛОВА Е.Ю. Композиционные цементы с комплексными добавками термоактивированных полиминеральных глин и карбонатов, Авто на соискание уч. степени КТН, Казань, 2017, 20 с. *
ЕРМИЛОВА Е.Ю. Композиционные цементы с комплексными добавками термоактивированных полиминеральных глин и карбонатов, Автореферат на соискание уч. степени КТН, Казань, 2017, 20 с. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794056C1 (ru) * 2022-06-10 2023-04-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Череповецкий государственный университет" Вяжущее, включающее доменный шлак и цемент

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11001527B2 (en) Composite cement and method of manufacturing composite cement
US10065888B2 (en) Method of enhancing the latent hydraulic and/or pozzolanic reactivity of materials
US10336652B2 (en) Enhancing calcined clay use with inorganic binders
KR20130062162A (ko) 고로슬래그와 ｃｓａ계 시멘트를 포함하는 조강시멘트 조성물 및 이를 포함하는 콘크리트
EP2842923A1 (en) Binder comprising calcium sulfoaluminate cement and magnesium compound
CA1061808A (en) Process for producing low porosity cement
Thomas et al. Equivalent performance with half the clinker content using PLC and SCM
JP6983963B1 (ja) セメント組成物
Chandara Study of pozzolanic reaction and fluidity of blended cement containing treated palm oil fuel ash as mineral admixture
KR102255380B1 (ko) 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물의 제조 방법
RU2766258C1 (ru) Портландцемент с минеральными добавками
KR101306182B1 (ko) 순환골재를 함유한 친환경 호안블록 결합재 조성물
KR100724340B1 (ko) 저가의 폐기물 고형화용 고기능 특수시멘트
RU2373163C1 (ru) Цемент низкой водопотребности и способ его получения
Venu et al. Influence of alkaline ratios on strength properties of fly ash-ground granulated blast furnace slag based geopolymer mortars
Danner et al. Thermally activated marl as a pozzolan for cementitious based products
Yong-Xin et al. Microstructure and composition of hydration products of ordinary Portland cement with ground steel-making slag
RU2149843C1 (ru) Расширяющая добавка к цементу
JP7181355B1 (ja) セメント混和材、セメント混和材の製造方法及びセメント組成物
Lallas The Impact of Supplementary Cementitious Materials on Strength Development in Concrete
JPH0235698B2 (ru)
EP4067321A1 (en) Cement comprising cement clinker and a pozzolanic-type supplementary cementitious material
JP2023127725A (ja) 水硬性組成物、水硬性組成物の製造方法、硬化体の製造方法、並びに、圧縮強さの変動を抑制する方法
Jeevitha et al. Strength Properties of Concrete with Partial Replacement of Mineral Admixtures and Marble Waste
Wang et al. Research on Properties of MK–CFBCA Mineral Admixtures