Способ производства цемента с минеральной добавкой. Добавка для помола цемента


Добавка для интенсификации помола цемента

 

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ л " : . ..,".., «%»

P р

»

И E

Союз Советских

Социалистических

Республик е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1 30577 (21) 2484465/29-3 3 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (51)М. Кл.

С 04 В 7/54

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1511.79. Бюллетень М 42 {53) УДК 666 ° 942. 2 (088 ° 8) Дата опубликования описания 183.179 (72) Авторы изобретения

И.Б,Зеленов и Л.Н.Попов (71) ЗаявитЕЛь Всесоюзный заочный политехнический институт (54) ДОБАВКА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПОМОЛА

ЦЕМЕНТА

Изобретение относится к добавкам в вяжущее клинкерное вещество, предназначенным для ускорения процесса измельчения, и может найти применение в производстве строительных материалов; в частности цементов.

Известна добавка для интенсифик ации помола цементов, используемых при помоле клинкеров и цементов на их основе, включающая мылонафт 10-303 1О и остальное воду, вводимую в количестве 0,3-0,54 от веса цемента в расчете на сухое вещество ti), Основным недостатком известной добавки является недостаточное уве-. 15 личение производительности мельниц, относительно большое количество вводимой Добавки без существенного улучшения свойств готового продукта (цемента). 20

Указанная добавка является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению, Цель изобретения — повышение производительности мельниц.

Поставленная цель достигается тем, что добавка для интенсификации помола цемента, включающая мылонафт и воду, дополнительно содержит водо- ЗО растворимый полимер натриевой соли салициловой кислоты с формальдегидом при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Мыпон афт 8-12,5

Водорастворимый полимер натриевой соли салициловой кислоты с формальдегидом 1,5-2.

Вода Остальное.

Указанный состав вводится в количестве 1-2 >2% от веса цемента.

Добавку для интенсификации помола цемента получают путем перемешивания вышеуказанных ийrpедиентов.Введение этой добавки осуществляют путем

Распыления ее в цемент (клинкер) на любой стадии помола.

Добавку для интенсификации помола цемента вводят на второй ста.— дии помола в шаровую мельницу. Ре зультаты испытаний приведены в таблице.

При оптимальном введении добавки удельная поверхность измельченного цемента увеличивается на 600 см /r, производительность мельницы на 25-30%.

Кроме того, свойства цемента, приготовленного с интенсификатором це69 7433 мента, улучшаются: прочность цемент- ная густота снижается, что улучшает ного камня возрастает на 15Ъ, нормаль- морозостойкость.

Содержан я ловерхсм /г мылонафт

87,8

10 5

1,7

3000

87,8

10 5

1,7

2500

1,7

87,8

10,5

2900

90,0

8,0

2,0

2650

86,0

1,5

12,5

2800

10,0

30,0

90,0.2200

70,0

2400

Формула изобретения

Составитель Г.Среднева

Редактор С,Лыжова Техред 3. Чужик Корректор М. демчик

Заказ 6540/4 Тираж 702 П Од пи с н о е

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 30 35, Москва, Ж-35 Раушская наб., д ° 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîpoä, ул.Проектная,4

Добавка для интенсификации помола цемента, включающая мылонафт и воду, отличающаяся тем,что, с целью. повышения производительности мельниц, она дополнительно содержит водорастворимый полимер натриевой соли салициловой кислоты с формальдегидом при.следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Мылон афт 8- 5

Бодорастворимый полимер натриевой соли салицидовой кислоты с формальде гидом 1,5-2

Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Хигеоович М.И. и др.Информа-. ционное сообщение НИИЦемента,910,1951

  

www.findpatent.ru

Интенсификация помола цемента при использовании гидрофобизирующих добавок

ВСЕ О ПЕНОБЕТОНЕ

Цементный клинкер - это поликристаллическое упругое твердое тело, со­стоящее из 75-82% минералов силикатов и 18-25 % минералов-плавней. Эти минералы имеют различную хрупкость и, следовательно, размалываемость.

Процесс размола клинкера и получение в результате цемента можно раз­делить на три этапа.

На первом этапе работа измельчения до удельной поверхности 1200­1500 см2/г пропорциональна вновь получаемой поверхности измельчаемого материала. Клинкер разрушается по слабым местам, дефектам структуры.

На втором этапе, характеризуемом приростом удельной поверхности от 1200-1500 до 2300-2700 см2/г, сопротивляемость размолу увеличивается. Размолоспособность клинкера на этом этапе зависит от его микроструктуры: размеров, формы, характера срастания кристаллов, количественного содержа­ния стеклофазы и т. д.

На третьем этапе линейная зависимость между энергозатратами на помол и приростом удельной поверхности смалываемого тела нарушается. Прирост удельной поверхности свыше 2700 см2/г становится достижим только путем противодействия явлениям налипания и агрегатирования, лавинообразно раз­вивающимися при столь тонком помоле.

При таком тонком измельчении клинкера мельчайшие частички размоло­того цемента довольно прочным слоем налипают на мелющие тела и внутрен­ние поверхности мельниц, а также агрегатируют друг с другом с образованием комочков, чешуек и пластинок. Эти условия настолько резко ухудшают усло­вия помола клинкера, что дальнейшее измельчение становится просто эконо­мически нецелесообразным.

Существовавшая в 50-60-х годах практика домола цемента на местах с ис­пользованием вибрационных и шаровых мельниц именно потому и не прижи­лась, что энергозатратность такого дополнительно измельчения цемента пре­вышала потенциальную выгоду от использования высокомарочных цементов. Существенную помощь в технологии домола на местах рядовых цементов спо­собны оказать интенсификаторы помола. И в первую очередь - гидрофобизи - рующие добавки.

Полезное действие гидрофобизирующих (равно как и пластифицирую­щих и гидрофобно-пластифицирующих ПАВ) проявляется прежде всего при помоле цемента. Как известно, с увеличением дисперсности цемента возрастает его активность, что дает возможность уменьшить удельный расход цемента при изготовлении бетонов заданной прочности. Кроме того, интенсификация помола способствует экономии электроэнергии и повышению производительности обо­рудования. Одновременно снижается износ металла мелющих тел и сокращаются цеховые расходы. В связи с этим использование добавок, интенсифицирующих помол цементного клинкера, имеет большое практическое значение.

Имеющийся опыт показывает, что применение добавок ПАВ позволяет либо увеличить производительность мельниц, либо повысить дисперсность цемента при обычной производительности мелющего оборудования. Причем в ряду известных добавок, иптеисификаторов помола (триэтаноламин, этнлен - глпколь и др.), гндрофобизирующие и гидрофобно-пластифицирующие отли­чаются не меньшей, а иногда большей эффективностью.

Интенсификация помола цемента в присутствии ПАВ вызывается сово­купностью ряда причин, из которых необходимо отметить главные: предотвра­щение агрегирования мелких частиц, увеличение насыпной массы размалыва­емого продукта, а также адсорбционное понижение твердости мелющихся про­дуктов (эффект П. А. Ребиндера).

Многолетними исследованиями установлено, что измельчение продуктов в мельницах (и в первую очередь в шаровых и вибромельницах) неизбежно со­провождается противоположным по своему характеру процессом агрегирова­ния мелких частиц. Под микроскопом отчетливо различимы скопления частиц, тесно слипшихся одна с другой. Такие мелкие комочки принято называть фло­кулами.

Чем мельче становится продукт в работающей мельнице, тем больше полу­чается флокул. Происходит также образование наслоений - подушек из слип­шихся частиц на мелющих шарах и стенках мельницы. При этом возникают непроизводительные, холостые удары шаров, что снижает эффективность про­цесса помола и увеличивает его энергоемкость. Вместе с тем усиливается ра­бота трения; часть механической энергии, затрачиваемой на помол, переходит в тепловую, что вызывает повышение температуры размалываемого цемента. В целом производительность мельницы снижается.

Существует популярное у бетонщиков выражение: агрегирование - злей­ший враг процесса помола. К тому же флокулы, находясь в готовом цементе, не разрушаются под действием воды затворения, а поэтому ухудшают равномер­ность распределения цемента и полноту его использования в бетоне.

Предложены две гипотезы для объяснения причин агрегирования диспер­гируемых твердых частиц и их налипания на другие тела: контактная электри­зация и различие в проявлении молекулярных сил на поверхности и в глубине продуктов помола. Не объясняя исчерпывающе полно сути явления агрегиро­вания, обе эти гипотезы, тем не менее, рекомендуют одинаковый способ ней­трализации проблемы - адсорбция и/или хемсорбция тонких (мономолеку­лярных или сходных по толщине) слоев ПАВ на плоскостях, обнажающихся на мелимых веществах.

Увеличение насыпной массы размалываемого цемента под действием ПАВ позволяет также существенно повысить производительность мельниц и за счет увеличения массы находящегося в мельнице мелющегося материала.

При помоле цемента с добавками ПАВ физико-химические свойства поверх­ности его частиц изменяются таким образом, что уменьшается адгезия между от­дельными частицами, и гидрофобизированный цемент укладывается плотнее, чем обычный, иначе говоря, мельница вмещает большее количество продукта. Этот фактор способствует интенсификации помола - повышению выхода раз­молотого цемента при данном соотношении массы мелющих тел и объема мате­риала в мельнице и не меняющемся расходе электроэнергии. Следовательно, на определенных стадиях процессов диспергирования цемента полезное действие ПАВ может сказаться не только в дефлокулирующем их действии (см. выше), но и в увеличении насыпной массы продукта, находящегося в мельнице.

Молекулы ПАВ, попадая в микротрещины мелимого тела при его дис­пергировании, оказывают расклинивающее действие, тем самым способствуя повышению эффективности помола. Адсорбирующиеся молекулы или ионы проникают из окружающей среды на значительную глубину в деформируемую зону твердого тела по многочисленным микрощелям, появляющимся в процес­се деформации. Чем выше напряжения, возникающие в твердом теле при его деформации, тем сильнее будет эффект адсорбционного понижения твердости.

В работах основоположника мировой школы адсорбционного понижения твердости под влиянием ПАВ, академика П. А. Ребиндера и его школы, отме­чается, что адсорбционные прослойки оказывают активное раздвигающее дей­ствие во всех наиболее узких участках клиновидных щелей, куда только эти прослойки мономолекулярных размерностей могут проникать. После снятия внешних усилий происходит затруднение или, во всяком случае, замедление смывания зародышевых участков микрощелей под влиянием адсорбционных слоев. Усилению эффекта понижения твердости тел способствует наибольшая разность полярностей на поверхности раздела, обусловленная полярным стро­ением молекул ПАВ.

Благоприятное влияние добавок ПАВ на помол цемента объясняется тре­мя приведенными выше факторами. Трудно установить, какой из них является преобладающим. Несомненным остается одно - в зависимости от выбора вида ПАВ и его дозировки удается существенно повысить эффективность помола.

В этом плане добавка в мельницу в процессе помола такого распространен­ного и дешевого отхода нефтехимической промышленности, как синтетические жирные кислоты (СЖК) либо их кубовых остатков (КОСЖК), наиболее оправ­данно как с технической, так и с экономической точки зрения.

Менее предпочтительными являются добавки других гидрофобизирую - щих добавок - природных жирных кислот и нафтеновых кислот. Прежде всего из-за их сравнительно большей стоимости по сравнению с СЖК и КОСЖК.

Сравнительный анализ различных добавок интенсификаторов помола, традиционно применяющихся в цементной промышленности, показывает, что в ряду различных интенсификаторов помола на первом месте стоят гидрофоб­ные добавки (см. таблицу 7.7-1).

Пеноблок – один из часто используемых в строительстве домов материал. Он обладает многими преимуществами: небольшой вес, удобные для работы габариты и невысокая стоимость. В то же время строениям из пеноблоков …

Состав зависит от места применения пеноблоков, учитывающий климатические условия местности. Основные элементы в составе (которые должны соответствовать ГОСТу), - цемент, песок, вода и пенообразующие добавки. В погоне за выгодой могут …

Пеноблоки сегодня – это очень популярные стройматериалы для возведения современных сооружений и зданий. Они производятся из цементной смеси, в которую добавляется песок с пенообразователем и водой. В отдельных вариантах в …

msd.com.ua

История применения добавок - Цемент и бетон

stroy-server.ru

История применения добавок

Под добавками подразумеваются материалы, которые вводятся в мельницу при помоле цемента или в мешалку с водой затворения при изготовлении раствора или бетона. Оба вида добавок рассматриваются вместе, потому что, несмотря на различные способы их применения, конечный результат получается один и тот же.

Введение добавок в бетон, пожалуй, так же старо, как и само изготовление бетона. Например, хорошо известно, что римляне добавляли к своим пуццолановым вяжущим такие вещества, как кровь, лярд (топленое сало) и молоко. Как мы знаем, гемоглобин является эффективным воздухововлекающим веществом и пластификатором. Возможно, что многие старинные римские сооружения, построенные из пуццолановых вяжущих, содержали кровь и другие добавки, обладающие свойством воз-духововлечения. Не исключено, что эти добавки ©водились для улучшения удобоукладываемости бетона. Влияние воздуховов-лечения на долговечность бетона, очевидно, тогда еще не было известно.

В первое время в США относились весьма неодобрительно к введению добавок в портландцементный бетон. В начале нашего века добавки не играли никакой роли в технологии бетона. Однако в 30-х годах началось широкое применение различных добавок-ускорителей твердения, интенсификаторов помола, воз-духововлекающих веществ. Можно без преувеличения сказать, что в течение ближайших 5 лет 85—90% изготовляемого в США бетона будет содержать ту или иную добавку, которая, наряду с улучшением других свойств, будет увеличивать и количество воздуха в бетоне.

До открытия воздухововлекающих веществ при изготовлении бетона применялись различные добавки. Одной из них был уже упоминавшийся ускоритель твердения — хлористый кальций, обычно смешанный с каким-нибудь красящим веществом или инертным материалом. Увеличение прочности, достигавшееся при введении ускорителя, зачастую приписывалось вовсе не ускоренному твердению бетона, а другим факторам. Применение этих добавок ограничивалось тем, что предприятия, выпускавшие их, распространяли продукцию преимущественно в пределах своих районов. Таких добавок, которые бы применялись повсеместно, было очень мало.

Отрицательное отношение цементных фирм к добавкам было вполне понятно. В прежних стандартах АСТМ категорически запрещалось вводить в цемент какие-либо материалы, кроме гипса и воды. Что же касается добавок, вводимых с водой затворения при изготовлении бетона, то их также не признавали до недавнего времени.

В 20-х годах Рид-Льюис применил добавку под названием «катакол», которая вводилась в клинкер быстротвердеющего цемента перед помолом. Катакол состоял из дубильной кислоты и особого вида гипса. Однако, поскольку стандарт АСТМ запрещал вводить в клинкер какие-либо добавки, быстротвердеющий цемент с катаколом не мог называться портландцементом. Сторонники производства этого цемента доказывали, что катакол — это не что иное, как засоренный некоторыми примесями гипс, и что обычно применяемый гипс также содержит разные примеси Однако в ответ на этот довод в стандарт АСТМ было внесено изменение, гласившее, что в качестве добавки можно применять только природный сульфат кальция.

На некоторых цементных заводах применялись различные другие добавки, иногда даже непреднамеренно. Так, утечка масла в мельницах старых типов приводила к тому, что цемент приобретал воздухоудерживающие свойства. Как теперь известно, из этих цементов с их случайными «добавками» был изготовлен прекрасный, долговечный бетон. Другие добавки, которые вводились сознательно для придания цементу водоотталкивающих свойств, улучшали его способность к длительному хранению, а бетон из этих цементов отличался несколько повышенным возду-хововлечением. Многие строители отказывались применять такие цементы. Но мы теперь видим, как хорошо стоят сооружения из бетона, для изготовления которого были применены цементы с запрещенными и не признававшимися в то время воздухововле-кающими добавками.

Тенденция к повышению тонкости помола цемента, появившаяся в начале 30-х годов, привела к тому, что мельничный парк на заводах оказался недостаточным, и пришлось прибегнуть к различным интенсификаторам помола. Наиболее широкое применение получили два вида интенсификаторов: канифоль и уголь. Канифоль очень хорошо интенсифицировала процесс помола, но вызывала снижение прочности растворов и бетонов. Как теперь известно, причиной пониженной прочности этих раетво-ров и бетонов было избыточное воздухововлечение. Но вместе с тем строители того времени не знали, что низкопрочный бетон из такого цемента очень долговечен.

Другой интенсификатор — уголь широко использовался при обжиге клинкера и имелся на цементных заводах в больших количествах. Его часто применяли для очистки мельниц и мелющих тел. Добавка угля не вызывала снижения прочности цемента, но, как уже указывалось, имела другие серьезные недостатки.

В связи с тем, что в ряде отраслей промышленности стали с большим успехом применять микродобавки ускоряющих, диспергирующих и смачивающих веществ, были организованы опыты по их использованию и в цементной промышленности. Первые результаты этих исследователей были опубликованы в 1936 г. Была найдена ускоряющая и диспергирующая добавка, которая вводилась в мельницу при помоле цемента и не только улучшала его свойства, но и интенсифицировала процесс измельчения. Эта добавка, известная под названием ТДА, применяется и сейчас в качестве интенсификатора помола. Она добавляется в количестве 0,03%.

Уже в период первых исследований было хорошо известно, что диспергирующие (пептизирующие) вещества усиливают красящую способность различных пигментов, например угля, и улучшают однородность окраски. Естественно поэтому, что возникла мысль использовать это свойство диспергаторов и при производстве портландцемента. Исследования показали, что присутствие в цементе диспергирующей (пептизирующей) добавки увеличивает текучесть изготовленного из него бетона, но вместе с тем замедляет схватывание и несколько понижает прочность. Отсюда стало ясно, что одного диспергирования еще недостаточно, и было предложено добавить ускоритель триэтано-ламин для усиления пластифицирующего действия дисперга-тора.

В 1936 г. АСТМ внесло поправку в стандартное определение быстротвердеющего портландцемента. По новому определению разрешалось при производстве этого цемента вводить добавку, «испытание которой по методу, разработанному Комитетом С-1 по цементу, покажет, что она является безвредной». В 1937 г. цементная лаборатория Национального бюро стандартов США провела ряд испытаний цементов различных заводов с добавкой ТДА. Результаты одногодичных испытаний прочности этих цементов подтвердили, что добавка ТДА является безвредной и может быть допущена при производстве портландцемента. В 1938 г. АСТМ расширило стандартное определение портландцемента, разрешив вводить и другие испытанные добавки, а в 1940 г. ТДА была официально включена в технические условия АСТМ С-9—38 в качестве безвредной добавки к цементу.

Технические условия АСТМ на добавки, служащие интенси-фикаторами помола, действуют и поныне. В 1949 г. в них был включен, кроме ТДА, еще один интенсификатор, названный 109 В. В настоящее время эти технические условия относятся ко всем пяти типам портландцемента, выпускаемого в США.

В 1942 г. АСТМ разрешило вводить в портландцемент возду-хововлекающие добавки, улучшающие удобообрабатываемость и долговечность бетона. В связи с этим было поручено подкомитету по добавкам Комитета С-1 рассмотреть данные о применении различных воздухововлекающих веществ и выбрать из них те, которые могут быть рекомендованы в качестве стандартных добавок. Первой такой добавкой была смола винсол, утвержденная в 1943 г. В 1944 г. было принято в качестве стандартной добавки воздухововлекающее вещество, известное под названием дарекс. В дальнейшем в список стандартных добавок были включены еще две: N-тэйр и эралон.

В 1950 г. Комитет С-1 АСТМ был освобожден от обязанности определять свойства и применимость тех или иных добавок. Вместо этого был разработан специальный метод испытания добавок (С-226), с помощью которого можно установить, соответствует ли предлагаемая новая добавка требованиям АСТМ. Таким образом, ответственность за применение новой добавки, не включенной в перечень АСТМ, возлагалась отныне на завод, выпускающий цемент, или на потребителя, который предложил ввести ту или иную добавку. Контрольные испытания проводятся в арбитражной лаборатории, которая устанавливает также, можно ли применять эту добавку для всех типов портландцемента или только для некоторых.

Различают два вида добавок, вводимых в мельницу при помоле:

1. Интенсификаторы помола, которые можно рассматривать как вещества, способствующие лучшему измельчению портланд-цементного клинкера; они либо увеличивают производительность мельницы, либо повышают тонкость помола при сохранении прежней производительности, причем не оказывают вредного влияния на свойства цемента. Иначе говоря, назначение этих добавок состоит в том, чтобы интенсифицировать процесс помола, а не улучшать свойства цемента.

2. Добавки, улучшающие свойства бетона, изготовленного из данного цемента. К ним относятся воздухововлекающие добавки, утвержденные АСТМ.

Стремление регулировать более точно содержание воздуха в бетоне с воздухововлекающими добавками привело к тому, что эти добавки стали вводить все чаще при затворении бетона. Поскольку заводской цемент содержит определенное количество воздухововлекающей добавки, регулировать содержание воздуха в бетоне на месте работы довольно трудно. Если же добавка вводится в бетономешалку, то не представляет труда заранее рассчитать влияние отдельных факторов и соответственно — содержание воздуха. Поэтому многие строители отказываются от применения воздухоудерживающих цементов и предпочитают вводить добавку непосредственно в бетономешалку, чтобы иметь возможность лучше регулировать свойства бетона. Дорожники же, наоборот, охотнее применяют цемент с воздухововлекающими добавками.

Таким образом, добавки могут быть трех видов:1) интенсификаторы помола, которые используются в производстве цемента;2) добавки, которые вводятся при помоле цемента;3) добавки, которые вводятся в бетономешалку с водой за-творения.

Комитетом С-9 АСТМ разработаны стандарты: С-260 на воз-духововлекающие добавки и С-233 на методы стандартных испытаний этих добавок.

До того, как были приняты эти стандарты, единственным органом АСТМ, занимавшимся вопросом о применении воздухо-вовлекающих добавок, был Комитет С-1 по цементу. При этом он занимался только добавками, которые вводятся при помоле цемента. После создания параллельного Комитета С-9 стали изучаться все стороны проблемы воздухововлечения и были разработаны практические способы применения воздухововлекаю-щих добавок в цементе и бетоне.

Таким образом, за несколько лет произошел переход от полного запрещения всяких добавок к разумному и целесообразному применению их. В настоящее время для приемки цемента с той или иной добавкой достаточно испытать его по стандартной методике АСТМ и удостовериться, что он соответствует требованиям стандарта на цемент с добавками. Тем самым было снято главное препятствие на пути к эффективному использованию добавок в технологии цемента и бетона. Научные работники и промышленники получили возможность еще шире испытывать и применять различные новые добавки, которые могут принести большую пользу в деле дальнейшего развития цементной промышленности и строительства.

Читать далее:Обработка шлака и легких заполнителейОднородность заполнителей для бетонаУстановка для обработки породыРазработка месторождений заполнителейИспытание отобранных проб заполнителейОтбор пробРазведка заполнителейПоисковые работыЛегкие заполнителиРеакция между щелочами и заполнителями в бетоне

Способ производства цемента с минеральной добавкой

Изобретение относится к способу производства цемента с минеральной добавкой. Технический результат - улучшение строительно-технических свойств цемента, удлинение сроков хранения его при сохранении гидравлической активности. В способе производства цемента с минеральной добавкой, включающем помол портландцементного клинкера с гипсом, суперпластификатором С-3, кремнеземистой минеральной добавкой, с последующим домолом с кремнеземистой минеральной добавкой, осуществляют помол до удельной поверхности - 400-600 м2/кг, а кремнеземистую минеральную добавку используют в количестве 5-28 мас.% от указанных компонентов, домол - до удельной поверхности 300-390 м2/кг, при использовании кремнеземистой минеральной добавки в количестве 30-70 мас.% от цемента. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам производства цемента с минеральными добавками и предназначено для использования в цементной промышленности.

Известны цементы с минеральными добавками, получаемые путем помола цементного клинкера совместно с гипсом и минеральными добавками в виде природных пуццолановых пород, обожженного сланца, глиежа, известняка или техногенных отходов - шлаков, зол и микрокремнезема (ГОСТ 31108-2003).

Помол цементного клинкера совместно с вышеуказанными добавками позволяет снизить удельные энергозатраты на тонну цемента и увеличить массу цемента с сохранением его активности на уровне классов прочности 22,5 Н; 32,5Н и 32.5Б; 42,5Н и 42,5Б; 52.5Н и 52,5Б.

Помол цемента согласно EN 196-6 осуществляют до удельной суммарной поверхности зерен 300-400 м2/кг.

Недостатком известных технических решений является снижение гидравлической активности цементов с вводом значительных объемов минеральных добавок. Так, по вышеизложенному ГОСТ 31108-2003 активность цемента по мере увеличения объема добавок снижается с уровня 52,5 до 22,5 МПа в контрольный срок твердения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ приготовления вяжущего (цемента), включающий совместный помол в две стадии: на первой стадии совместно измельчают портландцементный клинкер, гипс, суперпластификатор С-3 и кремнеземистую минеральную добавку до удельной поверхности 2500-3500 см2/г, а на второй стадии, осуществляют домол до удельной поверхности 4500-6000 см2/г с оставшейся минеральной добавкой и структурирующей добавкой(см., например, патент РФ 2167114, кл. С04В 7/52, 2001 г.).

Реализация указанного способа позволяет получить вяжущее (цементы) с большим содержанием (49-70 мас.%) минеральных добавок или наполнителей при сохранении марки вяжущего на уровне М400 и М500, по ГОСТу 10178-85 для цементов и 42,5 и 52,5 по ГОСТу 31108-2003 (норматив ENN 197-1).

Однако указанный способ имеет определенные недостатки. Так, помол на первой стадии цементного клинкера с значительной массой активных минеральных добавок влечет значительные затраты электроэнергии и повышенный износ мелющих тел. Еще в большей степени эти факторы проявляются на второй стадии помола, когда дисперсность конечного продукта повышается до уровня 4500-6000 см2/г. Кроме того, высокая дисперсность продукта по рассматриваемому изобретению вызывает труднорегулируемое ускорение схватывания и усадочные явления в бетонах на основе такого вяжущего, не обеспечивает стабильность прочностных свойств в изделиях.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение содержания в цементах массы минеральных добавок с сохранением высокой гидравлической активности материала и экономии удельных затрат электроэнергии на помол, улучшение строительно-технических свойств и сроков хранения цементов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе производства цемента с минеральными добавками, включающем помол клинкера совместно с гипсом, кремнеземистыми минеральными добавками и полимерными добавками, отличающемся тем, что совместный помол осуществляют в две стадии:

- на первой стадии осуществляют совместный помол цементного клинкера, гипса, полимерных добавки и кремнеземистых добавок в количестве от пяти сотых до двадцати восьми сотых общей массы продукта с доведением удельной поверхности материала на первой стадии до 400-600 м2/кг;

- на второй стадии промежуточный продукт после первой стадии измельчают совместно с остальной частью кремнеземистой минеральной добавки с доведением удельной поверхности полученного цемента до 300-400 м2/кг.

Согласно предлагаемому техническому решению цементный клинкер измельчается совместно с гипсом, полимерной добавкой и небольшим количеством активной минеральной добавки или наполнителя до достижения удельной поверхности 400-600 м2/кг. В этом случае достигаются эффективное измельчение и механохимическая активация зерен клинкера с минимизацией энергозатрат и расхода мелющих тел за счет того, что роль полимерной добавки выполняет интенсификатор помола по известному механизму Ребиндера, а зерна активной минеральной добавки в предлагаемых количествах при совместном измельчении с цементным клинкером выполняют роль микромелющих тел, что позволяет снизить удельные энергозатраты и уменьшить износ мелющих тел. Согласно предлагаемому изобретению первая стадия помола более энергопотребляющая, так как при ее реализации осуществляется доведение цемента с минеральными добавками до удельной поверхности 400-600 кг/м2.

В отличие от первой, на второй стадии помол применяется для гомогенного перемешивания цемента с остальной массой минеральных добавок и освежения поверхностей частиц добавок, при этом дисперсность оставшейся части минеральных добавок или наполнителей повышается в небольшой степени, что объясняет небольшие энергозатраты на вторую стадию процесса.

Предложенный в этом решении совместный помол на 1-м этапе клинкера, гипса, полимерных и кремнеземистых добавок в количестве 0,05-0,28 от общей массы продукта 1-й стадии оптимальны с точки зрения получения высокой тонины при минимальном расходе электроэнергии на помол.

Суммарная удельная поверхность цемента в виде конечного продукта составляет согласно предлагаемому техническому решению 300-400 кг/м2, что, как показали испытания, позволило достичь высокие строительно-технические свойства таких цементов (табл.1).

Для понимания сущности изобретения приводятся примеры реализации, результаты которых приведены в табл.1. В качестве исходного был использован цементный клинкер для производства цемента Белгородского цементного завода с минеральным составом, мас.%: алит - 59; белит - 23; С3А - 4 и С4AF - 14. Применялись также природный гипсовый камень и минеральные добавки в виде мелкозернистого кварцевого песка, доменного шлака, золы ТЭЦ и опоки, химический состав которых в табл.2.

Указанные материалы предварительно дробили до размера зерен менее 5 мм, высушивали и измельчали совместно с клинкером в шаровой мельнице МШ-1 производства Ивановского ОАО «268 Механический завод» с электродвигателем мощностью 35 кВт. В качестве пластифицирующих добавок применены С-3 Новомосковского ПО «Оргсинтез» и лигносульфонат технический для проведения сравнительных испытаний с прототипом. Физико-механические показатели цементов определяли по ГОСТ 10178-85. Удельная поверхность материалов определялась по известной методике с помощью ПСХ-2. Удельные энергозатраты рассчитывались по времени помола цементов, расход мелющих тел определялся после каждого цикла их взвешиванием.

На 1-й стадии осуществляли помол трех составов, обозначенных в табл.1 - I, II, III. После определения удельной поверхности и расхода мелющих тел осуществляли помол 2-й стадии с введением дополнительной массы минеральных добавок с общим составом цементов с минеральными и пластифицирующими добавками, приведенным во второй половине табл.1 и обозначенных I-1, II-2 и т.п.

Согласно заявляемому способу в полученных цементах с минеральными добавками достигается оптимальное соотношение удельных поверхностей и размеров отдельных частиц кремнеземистых активных минеральных добавок или наполнителей.

Так, при получении минерала согласно прототипу основная часть вяжущего (цемента) представлена мелкодисперсными частицами со средним размером 15-20 мкм, в котором распределены высокодисперсные частицы минеральных добавок с размером от 15-20 до 50-60 мкм со средним размером 15-20 мкм. Анализ полученных данных объясняет повышенные энергозатраты и износ мелющих тел при получении цемента с минеральными добавками, поскольку эта энергия затрачивается на избыточное измельчение достаточно абразивных и твердых частиц кварца, алюмосиликатов, шлаковых минералов и др. частиц активных минеральных добавок или наполнителей.

В отличие от прототипа, предлагаемое технологическое решение предусматривает более оптимальный дисперсный состав цемента с минеральными добавками.

Так, при сохранении после второй стадии размера частиц цемента практически на том же самом уровне, как при выходе из первой стадии помола, т.е. со средним размером 15-20 мкм, частички минерального наполнителя сохраняют значительный диапазон дисперсности; наряду с частичками размером от 10-15 до 50-60 мкм наблюдается значительное число зерен наполнителя размером от 80-100 до 500-600 мкм.

Такой дисперсный состав частиц минерального наполнителя является оптимальным для его укладки в цементный камень, в этом случае в бетоне формируется равномерная пространственная структура из частиц кварца, алюмосиликатов и других минеральных фаз добавок - наполнителей, эффективно формирующая первичный каркас твердеющего цементно-песчаного раствора.

Кроме энергосбережения, предлагаемое решение позволяет осуществить ввод значительного объема минеральных добавок и обеспечить высокие строительно-технические свойства цементного камня.

Весьма важным является применение предлагаемого технического решения для повышения объемов производства цемента без выброса углекислого газа в атмосферу. В соответствии с известным Киотским протоколом проблема снижения выбросов углекислого газа в атмосферу связана с глобальным потеплением и другими нежелательными климатическими явлениями. Цементная промышленность в этом плане является одной из наиболее мощных, так как при ежегодном выпуске уже около 2 миллиардов тонн цемента в атмосферу ежегодно выбрасывается около 44% массы СО2 от разложения известняка - главного сырьевого компонента для производства цемента, составляющего обычно 70-75 мас.% сырьевой смеси. При сегодняшнем объеме цемента, таким образом, в атмосферу ежегодно при обжиге клинкера выбрасывается около 1 миллиарда тонн СO2.

Введение минеральных добавок в клинкер портландцемента при помоле клинкера является наиболее эффективным способом снижения выбросов СО2 в атмосферу. Так, введение 50 мас.% добавок в портландцемент по предлагаемому решению позволит снизить выбросы СО2 в два раза, одновременно увеличивая объемы производства цемента с сохранением его высокой гидравлической активности.

Способ производства цемента с минеральной добавкой, включающий помол портландцементного клинкера с гипсом, суперпластификатором С-3, кремнеземистой минеральной добавкой, с последующим домолом с кремнеземистой минеральной добавкой, отличающийся тем, что осуществляют помол до удельной поверхности 400-600 м2/кг, а кремнеземистую минеральную добавку используют в количестве 5-28 мас.% от указанных компонентов, домол - до удельной поверхности 300-390 м2/кг, при использовании кремнеземистой минеральной добавки в количестве 30-70 мас.% от цемента.

www.findpatent.ru


Смотрите также