Композиционное вяжущее
Владельцы патента RU 2440938:
Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской Академии Наук (RU)
Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения строительных растворов и бетонов на их основе. Вяжущее содержит портландцементный клинкер, двуводный гипс и добавку. В качестве добавки содержит магнийсодержащую породу - троктолит после измельчения его с водой в течение 10 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Технический результат - повышение прочностных характеристик. 3 табл.
Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения строительных растворов и бетонов на их основе.
Известна вяжущая композиция, включающая, мас.%:
| портландцементный клинкер | 15-50 |
| хвосты Ковдорского ГОКа | 50-85 |
(Использование попутных продуктов обогащения железных руд в строительстве на Севере. Ленинград, Стройиздат. Ленинградское отделение, 1986, с.80-97).
Недостатком является то, что при ее получении используется метод автоклавной обработки, что существенно удорожает композиционное вяжущее. Предлагаемое вяжущее исключает данный способ обработки, а также обладает более высокой прочностью, выше на 74,3% по сравнению с известной композицией.
Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является вяжущее, содержащее, мас.%:
| базальт | 30 |
| двуводный гипс | 3 |
| портландцементный клинкер | остальное |
(Патент РФ на изобретение №2212383 "Безобжиговое вяжущее", БИ №26 от 20.09.2003 г.).
Известное вяжущее, принятое за прототип, отличается от предлагаемого тем, что в качестве добавки содержит магнийсодержащую породу - базальт. А предлагаемое вяжущее в качестве минеральной добавки содержит магнийсодержащую породу - троктолит и обладает более высокой прочностью, выше на 81,2% по сравнению с прототипом.
Технический результат предлагаемого изобретения - получение новых видов композиционных вяжущих с добавкой троктолита, обладающих повышенной прочностью и низкой себестоимостью.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое вяжущее состоит из портландцементного клинкера, двуводного гипса и добавки, в качестве добавки содержит магнийсодержащую породу - троктолит после измельчения его с водой в течение 10 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Троктолит | 30 |
| Двуводный гипс | 3 |
| Портландцементный клинкер | остальное |
Сравнение предлагаемого изобретения с другими известными из уровня техники техническими решениями позволило установить следующее. В известном техническом решении для получения вяжущего использовали хвосты Ковдорского ГОКа, входящие в состав известной смеси. Сырьевая смесь подвергалась автоклавной обработке при 1,7 МПа. Недостатком является применение данной обработки, что приводит к большому потреблению электроэнергии и, как следствие, удорожанию вяжущего. Прочность данных композиций остается невысокой.
В заявленном вяжущем в качестве добавки использована магнийсодержащая порода - троктолит, которая является природным сырьем Прибайкалья. Измельчение данной породы с водой в течение 10 минут обеспечивает не только ее тонкое измельчение, а также активацию частиц и изменение структуры их поверхностных слоев, что влияет на гидратационную активность и увеличение прочностных показателей предлагаемых вяжущих.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня аналогов, а также и прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату - получение новых видов композиционных вяжущих с достаточно высокими прочностными характеристиками, отличительных признаков в заявленном веществе, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований. А именно, взаимодействие троктолита, измельченного с водой в течение 10 минут в стержневой вибрационной установке, с минералами портландцементного клинкера и гипсом, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение прочности.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Троктолит Северного Прибайкалья, входящий в состав вяжущего, является магнийсодержащей горной породой следующего химического состава, мас.% (см. табл.1). Он представляет собой яснокристаллическую магматическую породу, состоящую, главным образом, из основного плагиоклаза и оливина. При разработке месторождений будет находиться в отвалах.
В данном техническом решении это сырье используется в качестве активного вяжущего компонента после измельчения его с водой в течение 10 минут впервые.
Для выбора оптимального состава были приготовлены вяжущие, отличающиеся друг от друга содержанием составляющих компонентов, мас.%: троктолита - 20, 25, 30, 35, 40; двуводного гипса - 3; портландцементного клинкера - остальное.
Технология получения вяжущего предлагаемого состава такова. Троктолит измельчают в стержневой вибрационной установке типа 75Т-ДрМ в течение 10 минут, соединяют с портландцементным клинкером и гипсом в различных соотношениях. Смесь затворяют водой при водотвердом соотношении 0,3, тщательно перемешивают в течение 5 минут и готовят образцы-кубы размером 2×2×2 (см). Образцы хранят на воздухе в течение 7 и 28 суток. Затем испытывают на сжатие.
Пример 1.
Троктолит измельчают в стержневой вибрационной установке типа 75Т-ДрМ в течение 10 минут, соединяют с клинкером и гипсом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Троктолит | 20 |
| Портландцементный клинкер | 77 |
| Двуводный гипс | 3 |
Смесь затворяют водой при водотвердом соотношении 0,3 и формуют образцы. После 7 и 28 суток твердения на воздухе испытывают на прочность при сжатии. Образцы имели прочность после 7 суток твердения - 38,4 МПа. Прочность при сжатии после 28 суток составила 57,3 МПа. Средняя плотность 2246 кг/м3.
Пример 2.
Аналогичен примеру 1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Троктолит | 25 |
| Портландцементный клинкер | 72 |
| Двуводный гипс | 3 |
Прочность при сжатии через 7 суток твердения - 39,5 МПа. После 28 суток прочность при сжатии составила 58,6 МПа. Средняя плотность 2248 кг/м3.
Пример 3.
Аналогичен примеру 1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Троктолит | 30 |
| Портландцементный клинкер | 67 |
| Двуводный гипс | 3 |
Прочность при сжатии через 7 суток твердения на воздухе - 39,9 МПа. После 28 суток - 59,8 МПа, средняя плотность 2253 кг/м3.
Пример 4.
Аналогичен примеру 1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Троктолит | 35 |
| Портландцементный клинкер | 62 |
| Двуводный гипс | 3 |
Прочность при сжатии через 7 суток твердения - 39,3 МПа. После 28 суток прочность при сжатии составила 59,2 МПа. Средняя плотность 2257 кг/м3.
Пример 5
Проводится аналогично примеру 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Троктолит | 40 |
| Портландцементный клинкер | 57 |
| Двуводный гипс | 3 |
Прочность при сжатии после 7 суток - 38,8 МПа, после 28 суток - 58,7 МПа. Средняя плотность 2260 кг/м3.
В результате исследований (см. табл.2) удалось установить, что при введении в портландцемент 30% добавки троктолита, измельченного с водой в стержневой вибрационной установке в течение 10 минут, прочность вяжущего повышается по сравнению с известными видами обычного состава.
Характеристики полученных вяжущих веществ приведены в табл.2 (примеры 1-5). Для сравнения приведены показатели известного прототипа в табл.3 (примеры 1-5). В таблицах 2, 3 приняты следующие обозначения основных компонентов:
К - портландцементный клинкер
Г - двуводный гипс
Д - минеральная добавка
Анализ результатов табл.2 показывает, что
- предложенное вяжущее, имеющее в своем составе минеральную добавку - троктолит, измельченную с водой в течение 10 минут, обладает повышенной прочностью по сравнению с обычным вяжущим, состоящим из портландцементного клинкера и гипса;
- оптимальным является состав, содержащий 30% троктолита, 67% портландцементного клинкера и 3% двуводного гипса;
- с увеличением расхода добавки троктолита, начиная с 40%, прочность вяжущего падает;
- все составы композиционного вяжущего интенсивно набирают прочность за 7 суток хранения образцов на воздухе.
Следовательно, оптимальным является состав вяжущего, содержащий, мас.%: троктолит, измельченный с водой в течение 10 минут - 30, портландцементный клинкер - 67, двуводный гипс - 3, обеспечивающий высокие показатели прочности при твердении на воздухе.
| Таблица 1 | ||||||||
| Химический состав троктолита, мас.% | ||||||||
| Компонент | SiO2 | Al2O3 | FeO | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O+Na2O | ппп |
| Троктолит | 40,60 | 12,00 | 9,45 | 1,11 | 5,57 | 28,60 | 0,61 | 1,33 |
| Таблица 2 | |||||
| Показатели физико-механических свойств вяжущего с добавкой троктолита | |||||
| Состав вяжущего, мас.% | Предел прочности при сжатии, МПа в возрасте | Средняя плотность, кг/м3 | |||
| К | Д | Г | 7 суток | 28 суток | |
| 77 | 20 | 3 | 38,4 | 57,8 | 2246 |
| 72 | 25 | 3 | 39,5 | 58,6 | 2248 |
| 67 | 30 | 3 | 39,9 | 59,8 | 2253 |
| 62 | 35 | 3 | 39,3 | 59,2 | 2257 |
| 57 | 40 | 3 | 38,8 | 58,7 | 2260 |
| 97 | - | 3 | 38,0 | 56,6 | 2226 |
| Таблица 3 | |||||
| Показатели физико-механических свойств известного прототипа | |||||
| Состав вяжущего, мас.% | Предел прочности при сжатии, МПа в возрасте | Средняя плотность, кг/м3 | |||
| К | Д | Г | 7 суток | 28 суток | |
| 77 | 20 | 3 | 18,3 | 19,1 | 2374 |
| 72 | 25 | 3 | 24,9 | 26,1 | 2497 |
| 67 | 30 | 3 | 25,4 | 33,0 | 2548 |
| 62 | 35 | 3 | 23,3 | 26,7 | 2521 |
| 57 | 40 | 3 | 21,8 | 25,0 | 2457 |
Таким образом, предлагаемое композиционное вяжущее имеет следующие преимущества по сравнению с известным:
- увеличены прочностные показатели на 81,2% по сравнению с прототипом и на 5,7% по сравнению с контрольным образцом;
- отсутствуют автоклавная и тепловлажностная обработки, что приводит к снижению определенных технологических затрат при производстве предлагаемого вяжущего;
- снижена себестоимость за счет использования отвальной породы, каковой является троктолит.
Предлагаемое вяжущее отличается от прототипа тем, что содержит в своем составе магнийсодержащую породу - троктолит и обладает повышенными прочностными характеристиками.
Предлагаемое композиционное вяжущее разработано в лаборатории химии и технологии природного сырья БИЛ СО РАН.
Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость".
Композиционное вяжущее, состоящее из портландцементного клинкера, двуводного гипса и добавки, в качестве добавки содержит магнийсодержащую породу - троктолит после измельчения его с водой в течение 10 мин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Троктолит | 30 |
| Двуводный гипс | 3 |
| Портландцементный клинкер | Остальное |
