Декоративный шлаковый цемент

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам бесклинкерных шлаковых вяжущих, применяемых для получения декоративных цементов, а также для растворов и бетонов на их основе. Техническим результатом является оптимизация вещественного состава и соотношения компонентов вяжущего, обеспечивающая максимальное использование гидравлической и химической активности составляющих и исключение отрицательных явлений, связанных с неравномерностью изменения объема, приводящих к снижению прочности и образованию высолов на поверхности декоративных бетонов и растворов. Декоративный шлаковый цемент, включающий доменный гранулированный шлак, щелочной и сульфатный компоненты, содержит в качестве доменного гранулированного шлака — доменный гранулированный шлак со степенью белизны более 65%, полученный выстаиванием шлакового расплава в ковшах до грануляции в течение 40 — 45 мин, в качестве щелочного компонента — тонкодисперсную газоочистную пыль известкового хозяйства и дополнительно — отработанную формовочную смесь — отход литейного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная пыль 15−20, отработанная формовочная смесь — отход литейного производства 3−6, сульфатный компонент 3−5, указанный шлак — остальное. Цемент дополнительно может содержать пигмент в количестве 2−5 мас.% сверх 100%. Цемент в качестве пигмента содержит отход метизного производства — порошок насыщенного кирпичного цвета. Цемент в качестве сульфатного компонента содержит сульфат аммония. 3 з.п. ф-лы, 5 табл.

Из декоративных цементов известен белый портландцемент как продукт тонкого измельчения маложелезистого клинкера с необходимым количеством гипса при небольшой добавке диатомита [1]. Степень белизны цемента определяется коэффициентом отражения (в процентах абсолютной шкалы), она должна быть более 80% - для первого сорта, 75% - для второго и 68% для третьего сорта.

Однако такой цемент дорог, требует повышенных энергозатрат на обжиг клинкера. Для клинкера пригодны известняки и глинисто-песчаные породы с минимальным содержанием красящих оксидов (Fе2O3 до 1%; MnO — 0,03%; TiO2 — 0,8%), в природе они встречаются крайне редко.

Наиболее близким к предлагаемому цементу по технической сущности и достигаемому результату является декоративный шлаковый цемент, включающий доменный гранулированный шлак, щелочной компонент — известь и сульфатный компонент — гипс [2].

Известково-шлаковый цемент относится к бесклинкерным и поэтому требует мало электроэнергии и соответственно недорог, но он не обладает белизной, склонен к неравномерности изменения объема при твердении и, как следствие, низкой активностью и прочностью (марки от 50 до 200). В состав известково-шлакового вяжущего входят: известь (10−30%), гипс до 5%; тонкомолотый шлак — остальное (таблица 4). Для изготовления известково-шлакового вяжущего не введено ограничений по содержанию темно-окрашенных оксидов в шлаках, поэтому их не используют для декоративных растворов и бетонов.

Недостатком известково-шлакового вяжущего является нестабильность, неравномерность изменения объема при твердении, что приводит к снижению прочности, требуется повышенное время и затраты энергии на помол. При недостаточном помоле извести, вводимой в шлак, образуются крупнозернистые кристаллы оксида кальция, которые медленно взаимодействуют с водой. Частицы образовавшейся гашеной извести растут преимущественно в одном направлении, при этом создается напряжение, вызывающее расширение массы, которое теоретически составляет 95,5% объема исходного оксида кальция. Это приводит к неравномерности изменения объема и потере прочности известково-шлакового вяжущего Декоративный шлаковый цемент, включающий доменный гранулированный шлак, щелочной и сульфатный компоненты, содержит в качестве доменного гранулированного шлака — доменный гранулированный шлак со степенью белизны более 65%, полученный выстаиванием шлакового расплава в ковшах до грануляции в течение 40−45 мин, в качестве щелочного компонента — тонкодисперсную газоочистную пыль известкового хозяйства и дополнительно — отработанную формовочную смесь — отход литейного производства при следующем соотношении компонентов, маc.%: указанная пыль 15−20, отработанная формовочная смесь — отход литейного производства 3−6, сульфатный компонент 3−5, указанный шлак остальное. Цемент дополнительно может содержать пигмент в количестве 2−5 маc.% сверх 100%. Цемент в качестве пигмента содержит отход метизного производства — порошок насыщенного кирпичного цвета. Цемент в качестве сульфатного компонента содержит сульфат аммония.

Полиминеральный вещественный состав указанного цемента и соотношение его компонентов обуславливает, в свою очередь, многофазный состав гидратированного шлакового цемента. Новообразования в последнем представлены гидросиликатами, гидроалюминатами, гидросульфоалюминатами, гидрокарбоалюминатами кальция и др.

Белый шлак получается за счет выстаивания шлакового расплава в течение 40…45 минут, при этом более тяжелые фракции, а это, как правило, железистые, темно-окрашенные соединения, выпадают на дно [3]. При выстаивании шлакового расплава более 45 минут повышается его вязкость и в дальнейшем затрудняется грануляция. При выстаивании шлакового расплава менее 40 минут — не достигается отбеливания шлака. Грануляции подвергается 80…90% шлака, находящегося в верхних слоях, который содержит минимум красящих оксидов. Резкое охлаждение расплава на гидрожелобной установке омагниченной водой обеспечивает дополнительное «водное» отбеливание шлака, которое заключается в восстановлении окиси железа Fе2O3 до окиси-закиси Fе3O4. Это соединение обладает малой красящей способностью и его образование устраняет зеленоватую окраску. В результате снижения валентности железа изменяется координация красящих оксидов и соотношение алюминатных и силикатных фаз. Под действием фторидов высокоглиноземистый алюмоферрит кальция приобретает метастабильность, что способствует образованию бесцветных кристаллов алюмината кальция [1].

Замена извести тонкодисперсной пылью известкового производства (характеризуется остатком на сите № 008 менее 3%) позволяет достигнуть более высокой степени равномерности изменения объема и повысить связанные с этим свойством прочность и морозостойкость материала, т.к. оксиды кальция находятся в дисперсном высокоактивном состоянии. Оптимальное количество известкового компонента и его высокая дисперсность обеспечивают полное связывание извести и выбрано из условий получения наименьших значений деформаций расширения цемента и наибольших значений его прочности и морозостойкости. Процесс твердения вяжущего состоит в том, что уже в начальный период твердения формируется прочная кристаллическая структура, в частности, в результате взаимодействия активных фаз шлака и гидроокиси кальция, образующейся при гидратации частиц свободного оксида кальция или находящегося в составе промышленных отходов, например газоочистной пыли известкового производства. Значительное влияние на формирование структуры и прочности вяжущего оказывает карбонат кальция, вводимый в чистом виде или имеющийся в промышленных отходах, например, газоочистной пыли известкового хозяйства, химический состав которой приведен в таблице 1.