Сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера

 

Изобретение относится к области строительных материалов и представляет собой сырьевую смесь для производства саморассыпающегося клинкера, предназначенного в качестве вяжущего для изготовления изделий автоклавного твердения. Для снижения расхода топлива на обжиг смеси и повышения прочности автоклавных изделий сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера, включающая железосодержащий, кремнеземистый и магнезиальный компоненты, в качестве известнякового компонента содержит высокомагнезиальный известняк с содержанием MgO 7,2-9,65 мас.% и мел, а в качестве железо- и кремнеземсодержащего компонента - вскрышные породы - отходы ГОКа. 3 табл.

Изобретение относится к строительным материалам и представляет собой сырьевую смесь для производства саморассыпающегося клинкера, предназначенного в качестве вяжущего для изготовления изделий автоклавного твердения.

Известна сырьевая смесь для получения саморассыпающегося цементного клинкера, включающая известковый, глинистый, железосодержащий компоненты и соединения углерода [1] Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера [2] включающая известковый, глинистый, железосодержащий компоненты и дополнительно содержащая марганцовистый или медеплавильный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.

Известковый компонент 50-75 Глинистый компонент 20-40 Железосодержащий компонент 0,1-3,0 Соединения углерода 0,5-2,0 Марганцовистый или медеплавильный шлак 1,0-5,0 Недостатком известных смесей является высокий расход топлива на обжиг при 1450^oC, а также то, что саморассыпание достигается путем меленного охлаждения в печи до 800^oC со скоростью 300^o/ч и вследствие перехода более активной клинкерной фазы β-C₂S в g-C₂S, что понижает гидратационную активность вяжущего.

Цель изобретения снижение расхода топлива на обжиг клинкера с одновременным повышением прочности автоклавных изделий.

Цель достигается тем, что в сырьевой смеси для получения саморассыпающегося клинкера, включающей известковый, железо- и кремнеземсодержащий компоненты, согласно предлагаемому решению, в качестве известкового компонента содержится высокомагнезиальный известняк с содержанием MgO 7,2-9,65 мас. и мел, а в качестве железо- и кремнеземсодержащего компонента вскрышные породы отходы ГОКа, при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3-68,8 Железосодержащий компонент 15,8-36,3 Кремнеземсодержащий компонент 2,4-9,8 Мел Остальное
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав саморассыпающегося клинкера отличается от известного введением новых компонентов, а именно: высокомагнезиального известняка, вскрышных пород и мела. Анализ известных составов [1 и 2] саморассыпающихся клинкеров показал, что некоторые введенные в предлагаемом решении вещества известны, например железосодержащий компонент, кремнеземсодержащий компонент и известковый компонент, содержащий CaCO₃ с примесями (количество примесей более 3 мас.). Их применение в других смесях в сочетании с другими компонентами в других количественных соотношениях не обеспечивает клинкерам такие свойства, который они проявляют в предлагаемом решении, а именно: снижение температуры обжига и, следовательно, расхода топлива на обжиг саморассыпающегося клинкера, а также саморассыпание последнего в тонкий порошок вследствие возникновения при охлаждении клинкера объемных термических напряжений и гидратации неусвоенного CaO с сохранением основной массы фазы C₂S в клинкере в b-форме, что обеспечивается введением высокомагнезиального известняка с содержанием MgO 7,2-9,65 мас. в количестве 47,3-68,8 мас. железосодержащего компонента в количестве 15,8-36,3 мас. кремнеземсодержащего компонента в количестве 2,4-9,8 мас. и чистого мела (CaCO₃) с содержанием примесей не более 1-2 мас.

Известно, что b-форма C₂S стабилизируется избытком CaO. Предусмотреть по окончании обжига в клинкере наличие CaO_св в количестве более 7-18% при условии связывания MgO в MF (магнезиоферрит в клинкере содержится в количестве 3,9-33,4 мас. см. табл. 2), было невозможно. При обжиге предлагаемой шихты формируется спек с широким спектром плотностей фаз. При охлаждении, в результате различной усадки фаз, в клинкерной грануле возникает масса микротрещин. Атмосферная влага легко мигрирует внутрь гранулы, взаимодействуя с CaO_св. В предлагаемом клинкере образуется внутрипоровое давление, достаточное для образования высокодисперсного продукта. Для самопроизвольного рассыпания материала в тонкодисперсный порошок количество CaO_св в нем должно превышать 10 мас. Процесс саморассыпания осуществляется в водной среде. Для этого применяется силосный или барабанный способ гашения. Впервые получен клинкер самопроизвольно рассыпающийся в воздушной среде при меньшем содержании CaO_св от 7% и более). Предлагаемый состав компонентов сырьевой смеси, содержащий чистый мел, а также повышенное количество MgO (5,9-9,1 мас.) и Fe₂O₃ (22,1-32,5 мас.) в клинкере, придает последнему новые свойства снижение расхода топлива за счет снижения температуры обжига и саморассыпание клинкера в тонкий порошок вследствии возникновения объемных термических напряжений в клинкере при охлаждении и последующей гидратации CaO_св с сохранением основной массы C₂S в b-форме, отличающейся более высокой гидратационной активностью по сравнению с g-C₂S.

Химический состав исходных компонентов приведен в табл. 1, в мас.

Пример конкретного выполнения. Для приготовления смеси 2 (см. табл. 2) использовали: в качестве высокомагнезиального компонента мраморовидный известняк карьера "Перевал" Иркутской области (химический состав, мас. 45,66 CaO; 0,11 Fe₂O₃; 7,20 MgO; 0,48 Al₂O₃; 8,57 SiO₂; 37,50 ППП; 99,52 S), в качестве железосодержащего компонента некондиционный сидерит Челябинской области (химический состав, мас. 1,94 CaO; 50,06 Fe₂O₃; 3,75 MgO; 20,68 SiO₂; 1,99 Al₂O₃; 18,69 ППП; 97,11 S), в качестве кремнеземистого компонента песок Стойленского ГОКа (химический состав мас. 0,30 CaO; 0,90 Fe₂O₃; 0,30 MgO; 97,60 SiO₂; 0,75 Al₂O₃; 99,86 S) и мел Белгородского месторождения (химический состав, мас. 55,33 CaO; 0,29 Fe₂O₃; 0,18 MgO; 0,70 SiO₂; 0,01 Al₂O₃; 43,37 ППП; 99,88 S). Исходные компоненты помещали в сушильный шкаф и высушивали при 140^oC в течение 1 ч, измельчали в лабораторных фарфоровых мельницах до полного прохождения через сито N 008 (до уд. поверхности 310 м²/кг), смешивали в соотношениях, приведенных в табл. 2 (смесь 2) в течение 30 мин. Из полученной смеси прессовали образцы диаметром и высотой 20 мм при уд. давлении прессования 40 МПа. Обжигали образцы в лабораторной силитовой печи. Подъем температуры осуществляли от температуры окружающей среды по режиму 200^oC за 10 мин. Образцы выдерживали при максимальной температуре 1180^oC в течение 10 мин. Охлаждали на воздухе. Аналогично готовили и ожигали остальные смеси предлагаемого состава с различным соотношением ингредиентов (см. табл. 2, смеси 3-6).

Полученные в результате обжига клинкера самопроизвольно измельчались не позднее 7 сут. Содержание CaO_св или Ca(OH)₂ в клинкерах определяли этилово-глицератным методом (ГОСТ 5382-73). Саморассыпание наблюдали при содержании CaO_св в количестве более 7-18% Фракционный состав анализировали ситовым методом: (0-80) мкм (2,67-84,00)% (80-200) мкм (14,67-84,67)% более 200 мкм (1,33-32,66)%
Химический и расчетный фазовый состав предлагаемого саморассыпающегося клинкера приведен в табл. 2. Расчет равновесного фазового состава в пятикомпонентной системе CaO-MgO-Fe₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ выполняли с помощью метода Хиза. Как видно из табл. 2 смеси 2-6 отличаются повышенным содержанием Fe₂O₃ (22,1-32,5 мас.) и MgO (5,9-9,1 мас.), а смесь 5 содержит наибольшее количество Fe₂O₃ (32,5 мас.) и MgO (мас.), что и обусловливает наименьший расход топлива на обжиг сырьевой смеси. Клинкер смеси 1 содержит 28,4 мас. Fe₂O₃, несвязанного в процессе обжига, а в клинкере смеси 7 присутствует значительное количество непрореагировавших оксидов кальция (41,0 мас.) и магния (14,1 мас.). Клинкерная смесь по прототипу содержит меньшее количество Fe₂O₃ и MgO по сравнению со смесями 2-6, что и обусловливает повышение температура обжига и расхода топлива на обжиг клинкера по прототипу. Предлагаемый состав сырьевой смеси обжигали при 1150-1190^oC.

Анализ приведенных семи смесей показал, что для получения саморассыпоющегося клинкера целесообразно готовить сырьевую смесь при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3-68,8
Железосодержащий компонент 15,8-36,3
Кремнеземсодержащий компонент 2,4-9,8
Мел Остальное
Полученный самопроизвольно рассыпавшийся клинкер применяли для изготовления силикатных изделий автоклавного твердения (ГОСТ 379-79). Сырьевый смеси готовили из саморассыпающегося клинкера и шлака Челябинского металлургического завода. Компоненты смешивали в соотношениях, приведенных в табл. 3. Смеси увлажняли и прессовали образцы при уд. давлении 30 МПа. Диаметр и высота образцов 4 см. Образцы подвергали автоклавной обработке по режиму 1,5 х 6 х 1,5 ч при 180^oC и давлении водяного пара 1 МПа. Затем образцы испытывали на прочность при сжатии (ГОСТ 530-54), водопоглощение (ГОСТ 7025-67) и морозостойкость (ГОСТ 7025-78). В табл. 3 приведены результаты испытаний смесей. Из табл. 3 видно, что полученные образцы после запарки имеют прочность при сжатии 33,1-38,4 МПа, водопоглощение 10,60-11,4% морозостойкость 15 циклов. Образцы по прототипу, изготовленные на основе рассыпавшихся клинкеров, после гидротермальной обработки в течение 8 ч при 175^oC и давлении водяного пара 0,8 МПа имели прочность при сжатии 21-23 МПа, что на 36,56-40,10% ниже по сравнению с предлагаемыми составами.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера, включающая известняковый, железо- и кремнеземсодержащий компоненты, отличающаяся тем, что в качестве известнякового компонента она содержит высокомагнезиальный известняк с содержанием MgO 7,2 9,65 мас. и мел, а в качестве железо- и кремнеземсодержащего компонента вскрышные породы отходы ГОКа при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3 68,8
Железосодержащий компонент 15,8 36,3
Кремнеземсодержащий компонент 2,4 9,8
Мел Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3