способ получения цементно-стружечных блоков. Патенты на цемент


цемент - патент РФ 2129996 -

Изобретение относится к составу цемента и может найти применение в гражданском и промышленном строительстве, при тампонировании нефтяных и газовых скважин, при изготовлении дорожных и аэродромных покрытий, для защиты подземных и подводных частей сооружений от корродирующего воздействия грунтовых и морских вод. Решаемая задача - получение цемента с универсальными свойствами, имеющего повышенный темп твердения, высокую марочную прочность, низкую усадку и водоотделение, повышенную сульфатостойкость. Цемент по изобретению содержит смесь портландцементных клинкеров с нормированным минералогическим составом в гипс, причем он содержит смесь двух клинкеров в соотношении 1: 1 - 1: 1,5, первый из которых включает трехкальциевый силикат 40-55 мас. % и трехкальциевый алюминат 3-8 мас. %, второй - трехкальциевый силикат 56-70 мас. % и трехкальциевый алюминат 0,5-3 мас. % при следующем соотношении компонентов, мас. %: Указанная смесь портландцементных клинкеров - 93-97 Гипс - 3-7 Цемент может содержать также активную минеральную добавку в количестве до 50% от массы цемента. 1 з.п. ф-лы, 3 табл. Настоящее изобретение относится к составу цемента и может найти применение в гражданском и промышленном строительстве, а также при тампонировании нефтяных и газовых скважин, для защиты подземных и подводных частей сооружений от коррозионного воздействия грунтовых и морских вод, при строительстве дорог и аэродромов. Известен цемент, имеющий следующий минералогический состав, мас.%: трехкальциевый силикат (C3S) 52-59, двухкальциевый силикат (C2S) 20-23, трехкальциевый алюминат (C3A) 8-9, четырехкальциевый алюмоферрит C4AF 12-15 (см. авторское свидетельство СССР N 1411314, C 04 B 7/42 от 23.07.88 г.). Наиболее близким аналогом является цемент, содержащий смесь портландцементных клинкеров с нормированным минералогическим составом и гипс в количестве 5 мас. %. Полученный в результате совместного помола цемент имеет удельную поверхность 3150-3350 см2/г. Прочность цемента при сжатии в 28 дневном возрасте составляет 518 кгс/см2 (см.авторское свидетельство СССР N 1326568, 30.07.87). Задачей настоящего изобретения является получение цемента с универсальными свойствами, характеризующегося повышенной начальной и конечной прочностью, низкой усадкой и водопотребностью, удовлетворительной сульфатостойкостью. Поставленная задача решается за счет того, что цемент, содержащий смесь портландцементных клинкеров с нормированным минералогическим составом и гипс, содержит смесь двух клинкеров в соотношении от 1:1 до 1:1,5, первый из которых включает трехкальциевый силикат 40-55 мас.% и трехкальциевый алюминат 3-8 мас.%, второй - трехкальциевый силикат 56-70 мас.% и трехкальциевый алюминат 0,5-3 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: Указанная смесь портландцементных клинкеров - 93-97 Гипс - 3-7 Цемент может содержать активную минеральную добавку в количестве до 50% от массы цемента. Пример реализации изобретения. Цемент готовят совместным помолом до удельной поверхности 300-400 м2/кг двух портландцементных клинкеров, взятых в соотношении от 1:1 до 1:1,5, и гипса. Причем оба портландцементные клинкеры имеют нормированный минералогический состав по содержанию C3S и C3A, а именно первый клинкер содержит C3S 40-55 мас.% и C3A 3-7 мас.%, а второй C3S 56-70 мас.% и C3A 0,5-3 мас.%. Цемент содержит, мас.%: Смесь 2 портландцементных клинкеров - 93-97 Гипс - 3-7 Цемент может содержать активную минеральную добавку до 50 мас.%. Составы цемента и его свойства приведены в таблицах 1, 2 и 3. Как следует из таблицы 3, цемент по изобретению обладает совокупностью высоких физико-механических свойств, что позволяет успешно применять его в различных областях строительства.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Цемент, содержащий смесь портландцементных клинкеров с нормированным минералогическим составом и гипс, отличающийся тем, что он содержит смесь двух клинкеров в соотношении от 1 : 1 - 1 : 1,5, первый из которых включает трехкальциевый силикат 40 - 55 мас.% и трехкальциевый алюминат 3 - 8 мас.%, второй - трехкальциевый силикат 56 - 70 мас.% и трехкальциевый алюминат 0,5 - 3 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: Указанная смесь портландцементных клинкеров - 93 - 97 Гипс - 3 - 7 2. Цемент по п.1, отличающийся тем, что он содержит активную минеральную добавку в количестве до 50% от массы цемента.

www.freepatent.ru

Цемент

 

Изобретение относится к составу цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. Цемент содержит портландцементный клинкер и минеральную добавку, термообработанную при 150 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержащую смесь опоки и фосфогипса в соотношении от 20: 1 до 3:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 50 - 90; указанная добавка 10 - 50. Технический результат - получение цемента с пониженным водоцементным отношением и высокой прочностью при снижении его себестоимости. 2 табл.

Изобретение относится к технологии производства вяжущих материалов и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Аналогом изобретения является цемент, включающий портландцементный клинкер и добавки осадочного происхождения, которые перед введением дегидратируют при 600 - 700oC [1].

Цементы имеют высокую водопотребность и усадку.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является цемент, включающий портландцементный клинкер, опоку и природный гипсовый камень [2].

Цемент также отличается высокой водопотребностью и низкой прочностью.

Решаемая задача - получение цемента с пониженным водоцементным отношением и высокой прочностью при снижении его себестоимости.

Задача решается за счет того, что в цементе, включающем портландцементный клинкер и активную минеральную добавку, минеральная добавка, термоотработанная при 15 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержит смесь опоки и фосфогипса в соотношении от 20:1 до 3:1, при следующем отношении компонентов, мас.%: Портландцементный клинкер - 50 - 90 Указанная минеральная добавка - 10 - 50 При введении в состав цемента минеральных добавок осадочного происхождения наблюдается значительное увеличение водопотребности вяжущего и, как следствие, снижение прочности.

Фосфогипс, вводимый в цемент в качестве регулятора сроков схватывания, содержит до 25% влаги и загрязнен примесями фосфорной и фторводородной кислот, которые понижают прочность цементов, особенно в ранние сроки.

При совместном введении в цемент фосфогипса и минеральных добавок осадочного происхождения (опока, диатомит, терепел) содержащийся в их составе аморфный кремнезем сорбирует фосфатные и фторидные ионы из гидратирующегося цемента и выводит их из сферы реакции, однако сорбционная способность природной добавки незначительна.

При термической обработке фосфогипса и активной минеральной добавки - опоки при 150 - 300oC растворимые фосфат-ионы прочно фиксируются на поверхности частиц кремнезема. В результате активирующая способность добавки возрастает, и ускоряются процессы гидратации минералов портландцементного клинкера.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предварительно готовят смесь опоки и фосфогипса в заданном соотношении. После предварительного перемешивания смесь нагревают в барабанной сушилке до 150 - 300oC. Время термообработки контролируют по остаточному содержанию гидратной воды в смеси.

Термоактивированную добавку совместно с портландцементным клинкером измельчают в шаровой мельнице до остатка на сите 008 5 - 6% и полученный цемент испытывают по стандартной методике.

Конкретные примеры приведены в табл. 1 и 2.

Таким образом, как следует из приведенных выше табл. 1 и 2, введение в состав цемента фосфогипса совместно с опокой, термоактивированных по предложенному способу, позволяет повысить прочность при пропаривании на 5 - 10 МПа, одновременно возрастает скорость твердения, что приводит к повышению прочности цемента во все сроки твердения. Наиболее значительный эффект повышения прочности достигается при введении в состав цемента значительного количества термоактивированной добавки (30 - 50%). В этом случае прочность цемента в 28 сут повышается на марку. Также решается вопрос утилизации многотоннажного отхода фосфогипса и снижается себестоимость цемента.

Источники информации 1. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. Киев. Вища шк., 1985, с. 261.

2. Бутт Ю.М. и др. Химическая технология вяжущих материалов. -М.: Высшая школа, 1980, с. 424 - 427.

Цемент, включающий портландцементный клинкер и минеральную добавку, отличающийся тем, что минеральная добавка, термообработанная при температуре 150 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержит смесь опоки и фосфогипса в соотношении 20 : 1 - 3 : 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцементный клинкер - 50 - 90 Указанная минеральная добавка - 10 - 50о

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

цемент - патент РФ 2116984

Изобретение относится к составу цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. Цемент содержит портландцементный клинкер и минеральную добавку, термообработанную при 150 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержащую смесь опоки и фосфогипса в соотношении от 20: 1 до 3:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 50 - 90; указанная добавка 10 - 50. Технический результат - получение цемента с пониженным водоцементным отношением и высокой прочностью при снижении его себестоимости. 2 табл. Изобретение относится к технологии производства вяжущих материалов и может быть использовано в промышленности строительных материалов. Аналогом изобретения является цемент, включающий портландцементный клинкер и добавки осадочного происхождения, которые перед введением дегидратируют при 600 - 700oC [1]. Цементы имеют высокую водопотребность и усадку. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является цемент, включающий портландцементный клинкер, опоку и природный гипсовый камень [2]. Цемент также отличается высокой водопотребностью и низкой прочностью. Решаемая задача - получение цемента с пониженным водоцементным отношением и высокой прочностью при снижении его себестоимости. Задача решается за счет того, что в цементе, включающем портландцементный клинкер и активную минеральную добавку, минеральная добавка, термоотработанная при 15 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержит смесь опоки и фосфогипса в соотношении от 20:1 до 3:1, при следующем отношении компонентов, мас.%: Портландцементный клинкер - 50 - 90 Указанная минеральная добавка - 10 - 50 При введении в состав цемента минеральных добавок осадочного происхождения наблюдается значительное увеличение водопотребности вяжущего и, как следствие, снижение прочности. Фосфогипс, вводимый в цемент в качестве регулятора сроков схватывания, содержит до 25% влаги и загрязнен примесями фосфорной и фторводородной кислот, которые понижают прочность цементов, особенно в ранние сроки. При совместном введении в цемент фосфогипса и минеральных добавок осадочного происхождения (опока, диатомит, терепел) содержащийся в их составе аморфный кремнезем сорбирует фосфатные и фторидные ионы из гидратирующегося цемента и выводит их из сферы реакции, однако сорбционная способность природной добавки незначительна. При термической обработке фосфогипса и активной минеральной добавки - опоки при 150 - 300oC растворимые фосфат-ионы прочно фиксируются на поверхности частиц кремнезема. В результате активирующая способность добавки возрастает, и ускоряются процессы гидратации минералов портландцементного клинкера. Сущность изобретения заключается в следующем. Предварительно готовят смесь опоки и фосфогипса в заданном соотношении. После предварительного перемешивания смесь нагревают в барабанной сушилке до 150 - 300oC. Время термообработки контролируют по остаточному содержанию гидратной воды в смеси. Термоактивированную добавку совместно с портландцементным клинкером измельчают в шаровой мельнице до остатка на сите 008 5 - 6% и полученный цемент испытывают по стандартной методике. Конкретные примеры приведены в табл. 1 и 2. Таким образом, как следует из приведенных выше табл. 1 и 2, введение в состав цемента фосфогипса совместно с опокой, термоактивированных по предложенному способу, позволяет повысить прочность при пропаривании на 5 - 10 МПа, одновременно возрастает скорость твердения, что приводит к повышению прочности цемента во все сроки твердения. Наиболее значительный эффект повышения прочности достигается при введении в состав цемента значительного количества термоактивированной добавки (30 - 50%). В этом случае прочность цемента в 28 сут повышается на марку. Также решается вопрос утилизации многотоннажного отхода фосфогипса и снижается себестоимость цемента. Источники информации 1. Пащенко А.А. и др. Вяжущие материалы. Киев. Вища шк., 1985, с. 261. 2. Бутт Ю.М. и др. Химическая технология вяжущих материалов. -М.: Высшая школа, 1980, с. 424 - 427.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цемент, включающий портландцементный клинкер и минеральную добавку, отличающийся тем, что минеральная добавка, термообработанная при температуре 150 - 300oC до потери гидратной воды 50 - 80%, содержит смесь опоки и фосфогипса в соотношении 20 : 1 - 3 : 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Портландцементный клинкер - 50 - 90 Указанная минеральная добавка - 10 - 50о

www.freepatent.ru

Высокопрочный цемент на фосфатной основе, имеющий низкую щелочность

Изобретение относится к сырьевой смеси для получения фосфатного продукта, цементной суспензии на фосфатной основе и к способу получения фосфатного продукта. Смесь для получения высокопрочного фосфатного цемента включает дигидроортофосфат калия, оксид металла группы IIA в количествах от примерно 20 до примерно 100 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия и дигидроортофосфат кальция в количествах от примерно 3 до примерно 30 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия. Продукт, изготовленный из указанного фосфатного цемента, имеет рН примерно 7-9, и указанный продукт развивает прочность на сжатие выше (13,5 мегапаскалей) 2000 фунтов/кв. дюйм в течение 24 часов. Технический результат - повышение прочности продукта из смеси с рН 7-9 в семидневном возрасте. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 4 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цементы широко применяют в качестве строительных материалов по многим причинам. Их можно формовать или отливать почти в любую форму. Жидкую цементную суспензию можно отливать в формы, получая такие продукты как бетонные блоки. Суспензия также подходит для изготовления наливных цементных полов или стен. Известны композиции для устройства полов, которые являются самовыравнивающимися и со временем развивают большую прочность.

Типичная композиция цементного связующего материала включает силикатный цемент, такой как портландцемент, песок или другой наполнитель, воду и добавки, специфические для предполагаемого использования. Например, если указанным использованием является устройство наливных полов, добавки могут включать пластификаторы, чтобы сделать пол самовыравнивающимся. Можно применять замедлители схватывания с получением длительного открытого времени для обработки поверхности для получения гладкой прочной поверхности. Для увеличения прочности схватывающейся смеси во влажном состоянии можно добавлять гипс.

Введение воды в цементные материалы инициирует химические реакции гидратации. В ходе экзотермической реакции вода химически связывается с цементными материалами, образуя кристаллы, форма которых зависит от исходного материала. Часто ряд цементных материалов используют для получения композиции, имеющей кристаллы определенной формы или приобретающей определенные прочностные характеристики. Когда образуются гидратированные кристаллы, они превращаются в матрицу из переплетенных кристаллов. Прочность кристаллической матрицы зависит от того, насколько легко кристаллы отделяются друг от друга.

Медленно высыхающий цемент увеличивает затраты и время, требующиеся для строительства. Некоторые субподрядчики, например, не могут работать после заливки пола, поскольку последний имеет недостаточную прочность, чтобы выдерживать вес рабочих и их оборудования. В указанной области техники существует потребность в цементной композиции, которая быстро затвердевает и быстро набирает прочность.

Другим недостатком большинства цементных композиций является их высокая щелочность. Высоко щелочные цементные суспензии обладают раздражающим действием при контакте с кожей. Они также могут вызывать разложение клеев для плитки или коврового покрытия. Существует дополнительная потребность в цементных композициях, имеющих более низкий pH, так чтобы указанная композиция лучше подходила для использования человеком и была лучше совместима с продуктами, контактирующими с указанной композицией.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Смесь для получения высокопрочного фосфатного цемента включает дигидроортофосфат калия, оксид металла группы IIA в количестве от примерно 20 до примерно 100 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия и дигидроортофосфат кальция в количестве от примерно 3 до примерно 30 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия. Продукты изготовлены из фосфатного цемента, имеющего pH менее примерно 9, и продукт имеет прочность на сжатие выше 13,5 мегапаскалей (2000 фунтов/кв. дюйм) через 24 часа.

Смесь на основе фосфата согласно настоящему изобретению при смешивании с водой демонстрирует очень быстрое схватывание. Время схватывания цемента можно варьировать от мгновенного схватывания до нескольких часов с момента смешивания путем варьирования соотношений исходных материалов. Такая гибкость времени схватывания делает указанную смесь в высшей степени подходящей для множества применений.

Твердость цемента также варьируют путем выбора соотношений исходных материалов. Были получены цементные смеси, которые развивали прочность на сжатие, превышающую 41 мегапаскаль (6000 фунтов/кв., дюйм) через 2 часа после смешивания исходных материалов.

Другим преимуществом композиции согласно настоящему изобретению является возможность регулировать pH отвержденного материала. Можно получить отвержденный цемент, имеющий pH от примерно 7,0 до 9,0, предпочтительно от примерно 7,0 до 8,0. Улучшенный контроль pH приводит к меньшей коррозионной активности, лучшей совместимости с другими строительными материалами и делает цемент более удобным в использовании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фигуре 1 представлен график по данным из Таблицы 1, показывающий влияние количеств MCP (дигидроортофосфат кальция) и MgO на pH высушенного цемента;

На Фигуре 2 представлен график по данным из Таблицы 1, показывающий влияние количеств MCP и MgO на прочность на сжатие через 24 часа;

На Фигуре 3 представлен график по данным из Таблицы 1, показывающий влияние количеств MCP и MgO на прочность на сжатие через 7 дней во влажном состоянии; и

На Фигуре 4 представлен график по данным из Таблицы 1, показывающий влияние количеств MCP и MgO па прочность на сжатие через 7 дней.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к сухой смеси на фосфатной основе. В настоящем описании термин «смесь» относится к сухой смеси. Связующая композиция, полученная путем смешивания указанной смеси с водой, называется «цемент». Если не указано иное, все процентные содержания, соотношения и количества, упоминаемые как «части», относятся к массе компонента или комбинации компонентов. Основные компоненты смеси на фосфатной основе включают дигидроортофосфат калия («МКР»), оксид металла группы IIA и дигидроортофосфат кальция («MCP»).

Одним из основных компонентов цементной смеси на фосфатной основе является дигидроортофосфат калия. Примером подходящего МКР является дигидроортофосфат калия, доступный от ICL Performance Products LP (St. Louis, МО).

Оксид металла предпочтительно представляет собой оксид магния («MgO» или магнезия). Оксид магния обычно получают путем сжигания соединений магния и получают MgO в трех формах: слабо обожженный, сильно обожженный и спеченный. Слабо обожженный MgO наиболее активен. Его обжигают при температурах от 700°C до примерно 1000°C. Сильно обожженный получают в диапазоне температур от 1000°C до примерно 1500°C. Спеченный или пережженный MgO получают согласно способу с самыми жесткими условиями, и он имеет наименьшую активность. Указанный огнеупорный сорт магнезии обжигают при температурах выше 1500°C. Сильно обожженный и спеченный сорта оксида магния наиболее подходят для цементной смеси на фосфатной основе. Предлагаемым источником MgO является Martin Marietta Magnesia Specialties (Baltimore, MD).

В некоторых вариантах реализации смеси оксид металла применяют в количествах от 20 частей примерно до 100 частей оксида металла на 100 частей МКР или в количествах менее 80 частей оксида металла на 100 частей МКР. В некоторых вариантах реализации применяют оксид металла в количестве от примерно 40 частей до примерно 80 частей на то же количество. Возможно, оксид металла применяют в количестве от примерно 50 частей до примерно 70 частей на 100 частей МКР.

Другим компонентом смеси является дигидроортофосфат кальция («MCP»). В некоторых вариантах реализации MCP применяют в количестве от примерно 3 до примерно 30 частей на 100 частей МКР. В некоторых других вариантах реализации применяют MCP в количестве от примерно 7,5 до примерно 30 частей на 100 частей МКР. В некоторых других вариантах реализации применяют MCP в количестве от примерно 12,5 до примерно 20 частей на 100 частей МКР. Примером источника MCP является Performance Products LP (St. Louis, МО).

Смесь необязательно содержит один или более неорганических минералов или наполняющих добавок, таких как летучая зола, микрокремнезем, пемза, диатомитовая земля, перлит, метакаолин, шлак, дробленый диоксид кремния, гипс, карбонаты металлов, тальк, слюда, песок, полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые пластмассовые микросферы или комбинации указанных добавок. Предполагают, что минеральные или наполняющие добавки можно применять в любой доступной форме. В качестве примера, можно использовать летучую золу класса С или летучую золу класса F; гипс может присутствовать в двуводной, полуводной или безводной формах; или перлит может быть в природной форме или вспученный. При наличии в композиции, минеральные или наполняющие добавки присутствуют в количествах до примерно 400 частей на 100 частей объединенных МКР плюс MgO плюс MCP. Если в качестве минеральной или наполняющей добавки используют летучую золу, ее можно использовать для замены любого из основных компонентов цементной смеси, включая МКР, оксид металла или MCP, в количествах до четырех частей летучей золы, на 100 частей объединенных МКР плюс MgO плюс MCP, при этом сохраняя удовлетворительные механические свойства.

Плотность схватившегося и высушенного цемента может варьироваться примерно от 160 до примерно 2400 кг/м3 (от 10 до примерно 150 фунтов на кубический фут). В некоторых вариантах реализации продукт имеет плотность примерно от 960 до примерно 1600 кг/м3 (от 60 до примерно 100 фунтов на кубический фут) или от примерно 1120 до примерно 1440 кг/м3 (от 70 примерно до 90 фунтов на кубический фут). Для изменения плотности можно использовать любой из различных способов, включая добавление пены или использование легковесных наполнителей. Легковесные наполнители необязательно включают вспученный перлит, полые микросферы и комбинации указанных наполнителей. Если для уменьшения плотности используют пену, вспенивающий агент необязательно вводят в цементную смесь перед смешиванием или предварительно полученную пену необязательно комбинируют со смешанной цементной смесью.

На поверхности продукта необязательно используют армирующие материалы, такие как сердцевина панели, для добавления прочности. Одним из вариантов является добавление отдельных волокон в жидкий цемент, используемый для изготовления сердцевины панели. Примеры подходящих отдельных волокон включают рубленые E-glass волокна, базальтовые волокна, щелочестойкое стекловолокна, керамические волокна, полимерные волокна, такие как ПВА; полипропилен; полиэтилен, нейлон, целлюлозные волокна, металлические волокна и комбинации указанных волокон. Другим вариантом является добавление в жидкий цемент непрерывных волокон. Примеры непрерывных армирующих материалов включают стекловолоконную сетку, стекломат, керамические волокна, кевларовые волокна, волокна полипропилена, полиэтилена, полиэфира, поливинилхлорида, нейлона или комбинации указанных волокон. Любые непрерывные или отдельные армирующие материалы также применимы на поверхности плиты, изготовленной из цемента. Также включено использование любых комбинаций армирующих материалов, например использование отдельных волокон в сердцевине и непрерывных армирующих материалов на поверхности строительной плиты.

Другим свойством цементной суспензии является pH. В некоторых вариантах реализации цемент имеет pH менее примерно 9. Ряд предпочтительных вариантов реализации также имеет pH менее примерно 8. Другим подходящим диапазоном pH является от примерно 7,0 до примерно 8,5. Соотношения МКР, MgO и MCP варьируют для получения удовлетворительного pH. Для снижения pH долю MgO понижают по отношению к количествам МКР и MCP.

Продукты, получаемые из указанного продукта, также имеют высокую прочность. В некоторых вариантах реализации цемент применяют для получения самовыравнивающего продукта для устройства полов, имеющего прочность на сжатие более 10 мегапаскалей (1500 фунтов/кв. дюйм), развиваемую за 24 часа, или 13,5 мегапаскалей (2000 фунтов/кв. дюйм) за 24 часа. В некоторых вариантах реализации самовыравнивающего продукта для устройства полов, прочность на сжатие более 20 мегапаскалей (3000 фунтов/кв. дюйм) развивается за 24 часа. В ряде вариантов реализации прочность на сжатие более 20 мегапаскалей (3000 фунтов/кв. дюйм) получают за два часа. Быстрое схватывание и развитие прочности является преимуществом для материалов для устройства полов, например, потому что рабочие могут продолжать свою работу вскоре после заливки цемента. В настоящем описании «прочность» представляет собой меру прочности материала в целом. Следует отличать ее от твердости поверхности, которая не обязательно описывает вещество, прочное на всем протяжении.

Смесь представляет собой сухой порошок, который комбинируют с водой для получения текучей цементной суспензии. Воду используют в количествах, достаточных для получения консистенции, подходящей для предполагаемого использования. В некоторых вариантах реализации воду добавляют до получения текучей суспензии. Для других применений необходима распыляемая суспензия. При получении продуктов для устройства полов часто необходимо получить самовыравнивающуюся суспензию. В целом самовыравнивающаяся суспензия требует больше воды, чем чистовой пол, однако повышенную текучесть можно также получить путем добавления диспергаторов или других химических агентов, известных для указанного применения. В некоторых вариантах реализации используют воду в количествах от примерно 5 до примерно 45 частей воды на 100 частей сухой смеси. В других вариантах реализации используют воду в количествах от примерно 7,5 до примерно 40 частей воды на 100 частей сухой смеси. В других вариантах реализации используют воду в количествах от примерно 10 до примерно 30 частей воды на 100 частей сухой смеси.

Вода, используемая для изготовления цемента, должна быть настолько чистой, насколько это осуществимо, для лучшего контроля свойств как суспензии, так и готового продукта. Хорошо известно, что соли и органические соединения изменяют время схватывания цемента, в широком диапазоне от ускорителей до замедлителей схватывания. Некоторые примеси приводят к нерегулярностям в структуре при образовании матрицы взаимосцепленных кристаллов, уменьшая прочность схватившегося продукта. Таким образом, прочность продукта и консистенция улучшаются при использовании настолько чистой от загрязнений воды, насколько это осуществимо.

Компоненты цементной суспензии можно комбинировать любым способом, известным в данной области техники. В некоторых вариантах реализации все сухие компоненты комбинируют между собой и упаковывают для продажи в качестве сухой смеси. На месте производства работ сухую смесь смешивают с водой для получения суспензии. Другим способом получения суспензии является введение объединенных сухих компонентов в смеситель. Некоторые сухие компоненты можно также добавлять в воду отдельно от других компонентов, последовательно или одновременно. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения можно получить очень быстрое отвердевание. Следует позаботиться, чтобы соединение и смешивание компонентов происходили достаточно быстро, чтобы суспензия не схватилась раньше, чем будет сформована в продукт.

Ряд продуктов, которые можно получить с использованием цемента на фосфатной основе согласно настоящему изобретению, включает, но не ограничивается ими, несущие панели, кровельную подложку, наливную подложку, кровельную черепицу, элементы облицовки наружных стен, строительные формы со сплошными или полыми секциями, обмазки, накладываемый тонким слоем раствор или жидкий раствор, покрытия или набрызг-бетон для закрепления склонов.

При использовании для изготовления строительных панелей цементную суспензию необязательно заливают в форму, или изготавливают панели с использованием способа непрерывной отливки, или любым другим способом, известным в данной области техники. Цементные панели используют для устройства полов, пастила кровли и обшивочных работ. Панели, возможно, армируют отдельными волокнами, такими как рубленые E-glass волокна, базальтовые волокна, керамические волокна, полимерные волокна, металлические волокна и так далее. Другим вариантом является применение непрерывных армирующих материалов, таких как стекловолоконная сетка, стекломат, базальтовый мат, сетки, холсты и нетканые маты, изготовленные из органических или неорганических материалов, таких как керамические волокна, кевларовые волокна, полипропилен, полиэтилен, полиэфир, поливинилхлорид, нейлон и тому подобное. Цементная суспензия вытекает из смесителя для нанесения на подвижную поверхность, или непосредственно на поверхность, или на облицовку. Возможная облицовка представляет собой бумагу, стекловолокно, холст, листы пластика или другие известные облицовочные материалы. Любые армирующие материалы могут находиться на поверхности панели, в сердцевине панели или в обоих указанных местах. Полагают, что любые указанные армирующие материалы можно комбинировать с любыми другими армирующими материалами, что отдельные волокна и непрерывные волокна можно использовать вместе или что отдельные волокна присутствуют в сердцевине панели, а мат из непрерывных волокон находится на поверхности панели.

Другим вариантом реализации настоящего изобретения является панель с несущей обшивкой. Указанные панели подходят в качестве внутренней и внешней подложки, в качестве стеновых панелей, в качестве наружных обшивочных панелей, в качестве кровельной подложки. Панели с несущей обшивкой согласно настоящему изобретению можно изготовить с использованием армирующих обшивочных материалов на цементе. Примеры армирующих обшивочных материалов включают, но не ограничиваются ими, стекловолоконную сетку, стекломат, базальтовый мат и сетки, нетканые маты, изготовленные из других неорганических и органических материалов, таких как керамические волокна, кевларовые волокна, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, керамические волокна, полимерные волокна, такие как поливиниловый спирт, полипропилен, полиэтилен, нейлон, целлюлозные волокна, металлические волокна и тому подобное. Указанные панели также подходят в качестве подложки для кровли, бронепанелей, изоляционных панелей, потолочной плитки и панелей.

Стяжку для полов изготавливают, наливая цемент непосредственно на то место, которое будет занято полом. Стяжка может быть самовыравнивающегося типа или может быть налита и отделана при помощи обычных отделочных инструментов. Самовыравнивающиеся цементы часто менее вязкие, чем другие подложки, благодаря введению диспергаторов или других добавок, увеличивающих текучесть. Дополнительную воду также можно использовать, чтобы сделать стяжку текучей, но использование слишком большого количества воды также уменьшает прочность продукта. Наливные композиции также подходят в качестве покрывающей подложки поверх плит бетона и других веществ.

Некоторые варианты реализации настоящего изобретения являются формуемыми, но не самовыравнивающимися. Указанные варианты реализации включают, но не ограничиваются ими, ремонтные материалы и материалы для обмазки, например для дорог, накладываемые тонким слоем растворы, материалы для жидкого раствора и материалы для швов стеновых панелей, цементных плит и других применений. Цемент на фосфатной основе также предназначен для применения в качестве покрытия, включая цементные покрытия, распыляемые покрытия и набрызг-бетон для закрепления склонов и облицовки туннелей. Указанную композицию можно использовать в любых применениях, где выгодно прочное, быстрое схватывание и быстрое развитие прочности.

Другими вариантами реализации настоящего изобретения являются кровельная черепица, элементы облицовки внешних стен, половые панели, кровельные панели, строительные формы со сплошными или полыми секциями, синтетическая керамическая черепица и синтетические камни.

ПРИМЕР

Готовили для испытания ряд композиций с разными количествами связующих соли фосфорной кислоты, оксида металла и дигидроортофосфата кальция в смеси. Спеченный оксид магния был выбран в качестве оксида металла, и дигидроортофосфат калия был выбран в качестве примера соли фосфорной кислоты. Кроме указанных в Таблице 1 количеств МКР, MgO и MCP, каждый образец цемента содержал также 360 граммов наполнителя, известного как FILLITE 500®, 450 граммов воды и 12 граммов борной кислоты. В Таблице 1 колонка, помеченная «24 ч», представляет собой прочность на сжатие через 24 часа, выраженную в фунтах/кв. дюйм (Ньютонах/кв. сантиметр), «7 дней влажный» представляет собой прочность на сжатие через 7 дней во влажном состоянии, выраженную в фунтах/кв. дюйм (Ньютонах/кв. сантиметр), и «7 дней сухой» представляет собой прочность на сжатие через 7 дней в сухом состоянии, выраженную в фунтах/кв. дюйм (Ньютонах/кв. сантиметр). Величина pH указана для отвержденного материала продукта.

ТАБЛИЦА 1
Образец МКР MCP MgO Всего связующих Отношение MgO/MKP pH 24 ч 7 дней влажный 7 дней сухой
1-1 100 0 20 120 0,2 6,8 126 (87) 14 (10) 61 (42)
1-2 100 0 30 130 0,3 6,8 457 (315) 194 (134) 383 (264)
1-3 100 0 40 140 0,4 6,8 502 (346) 412 (284) 469 (323)
1-4 100 0 50 150 0,5 7,2 1796 (1238) 1734 (1196) 2185 (1507)
1-5 100 0 60 160 0,6 7,5 2536 (1749) 2608 (1798) 2927 (2028)
1-6 100 0 70 170 0,7 8,0 2530 (1744) 1620 (1117) 2911 (2007)
1-7 100 0 80 180 0,8 8,8 3091 (2131) 2664 (1837) 2785 (1920)
1-8 100 0 100 200 1,0 10,1 3171 (2186) 2993 (2064) 3006 (2073)
2-1 100 3,75 20 123,75 0,2 6,9 66 (46) 8 (6) 45 (31)
2-2 100 3,75 30 133,75 0,3 7,3 455 (314) 388 (268) 733 (505)
2-3 100 3,75 40 143,75 0,4 7,3 1969 (1358) 3242 (2235) 3487 (2404)
2-4 100 3,75 50 153,75 0,5 7,4 2879 (1905) 3061 (2110) 3312 (2284)
2-5 100 3,75 60 163,75 0,6 8,0 3935 (2713) 3473 (2395) 3602 (2483)
Образец МКР MCP MgO Всего связующих Отношение MgO/MKP PH 24 ч 7 дней влажный 7 дней сухой
2-6 100 3,75 70 173,75 0,7 8,5 3659 (2523) 3439 (2371) 3437 (2370)
2-7 100 3,75 80 183,75 0,8 9,3 3342 (2403) 3505 (2417) 3581 (2469)
2-8 100 3,75 100 203,75 1,0 9,7 3556 (2452) 3692 (2546) 3620 (2496)
3-1 100 7,5 20 127,5 0,2 6,9 44 (30) 11 (8) 42 (29)
3-2 100 7,5 30 137,5 0,3 6,9 582 (401) 727 (501) 908 (626)
3-3 100 7,5 40 147,5 0,4 7,3 1501 (1035) 2407 (1660) 2618 (1805)
3-4 100 7,5 50 157,5 0,5 7,5 2645 (1824) 3472 (2394) 2825 (1948)
3-5 100 7,5 60 167,5 0,6 7,9 3378 (2329) 3318 (2288) 3039 (2095)
3-6 100 7,5 70 177,5 0,7 8,7 3256 (2245) 3276 (2259) 3605 (2486)
3-7 100 7,5 80 187,5 0,8 8,9 3076 (2121) 3245 (2237) 3331 (2297)
3-8 100 7,5 100 207,5 1,0 9,6 2632 (1815) 2635 (1818) 2865 (1975)
4-1 100 12,5 20 132,5 0,2 7,0 105 (72) 0 (0) 464 (320)
4-2 100 12,5 30 142,5 0,3 6,8 617 (425) 1348 (929) 2046 (1411)
4-3 100 12,5 40 152,5 0,4 7,0 1547 (1067) 3144 (2168) 3231 (2228)
4-4 100 12,5 50 162,5 0,5 7,6 2704 (1864) 3280 (2261) 3732 (2573)
Образец МКР MCP MgO Всего связующих Отношение MgO/MKP pH 24 ч 7 дней влажный 7 дней сухой
4-5 100 12,5 60 172,5 0,6 8,2 3448 (2377) 3985 (2748) 4518 (3115)
4-6 100 12,5 70 182,5 0,7 8,5 3031 (2090) 3405 (2348) 3670 (2530)
4-7 100 12,5 80 192,5 0,8 9,0 3405 (2348) 3461 (2386) 3340 (2303)
4-8 100 12,5 100 212,5 1,0 9,6 2988 (2060) 2863 (1974) 3460 (2386)
5-1 100 20 20 140,0 0,2 6.7 0 (0) 0 (0) 1559 (1075)
5-2 100 20 30 150,0 0,3 7,1 501 (345) 1230 (848) 1366 (921)
5-3 100 20 40 260,0 0,4 7,1 1529 (1054) 2404 (1657) 3202 (2208)
5-4 100 20 50 270 0,5 7,5 2500 (1724) 4320 (2797) 3759 (2592)
5-5 100 20 60 280 0,6 8,1 3780 (2606) 5252 (3521) 4405 (3037)
5-6 100 20 70 290 0,7 8,7 3932 (2711) 4805 (3313) 4777 (3294)
5-7 100 20 80 300 0,8 9,3 3866 (1976) 5350 (3689) 4508 (3108)
5-8 100 20 100 320 1,0 9,7 3605 (2486) 3643 (2506) 3874 (2671)
6-1 100 30 20 150 0,2 6,7 124 (85) 0 (0) 0 (0)
6-2 100 30 30 160 0,3 7,0 601 (414) 1228 (847) 1506 (1038)
6-3 100 30 40 170 0,4 7,2 1212 (836) 2803 (1932) 3263 (2250)
Образец МКР MCP MgO Всего связующих Отношение MgO/MKP pH 24 ч 7 дней влажный 7 дней сухой
6-4 100 30 50 180 0,5 7,5 2499 (1723) 3304 (2278) 4040 (2785)
6-5 100 30 60 190 0,6 8,0 2939 (2026) 4297 (2963) 4197 (2894)
6-6 100 30 70 200 0,7 8,5 3583 (2470) 4311 (2972) 4526 (3121)
6-7 100 30 80 210 0,8 9,1 3487 (2404) 3829 (2640) 4435 (3058)
6-8 100 30 100 230 1,0 9,7 3818 (2632) 3966 (2734) 3803 (2622)
7-1 100 60 20 180 0,2 6,3 81 (56) 183 (126) 226 (156)
7-2 100 60 30 190 0,3 6,9 271 (187) 351 (242) 367 (253)
7-3 100 60 40 200 0,4 7,2 270 (186) 1365 (941) 1589 (1096)
7-4 100 60 50 210 0,5 7,5 899 (620) 3319 (2288) 2833 (1953)
7-5 100 60 60 220 0,6 8,2 2494 (1720) 3015 (2079) 3027 (2087)
7-6 100 60 70 230 0,7 8,4 4180 (2882) 3889 (2681) 3048 (2102)
7-7 100 60 80 240 0,8 8,4 3902 (2690) 3559 (2454) 3248 (2239)
7-8 100 60 100 260 1,0 8,8 2351 (1621) 3432 (2366) 3394 (2340)
8-1 100 100 20 220 0,2 5,5 15 (10) 179 (123) 126 (87)
8-2 100 100 30 230 0,3 6,9 335 (231) 320 (221) 361 (249)
Образец МКР MCP MgO Всего связующих Отношение MgO/MKP PH 24 ч 7 дней влажный 7 дней сухой
8-3 100 100 40 240 0,4 7,3 351 (242) 1232 (849) 868 (598)
8-4 100 100 50 250 0,5 7,9 500 (345) 2051 (1414) 1707 (1177)
8-5 100 100 60 260 0,6 8,3 415 (286) 2629 (1813) 2802 (1932)
8-6 100 100 70 270 0,7 8,6 365 (252) 2618 (1805) 2281 (1573)
8-7 100 100 80 280 0,8 8,6 358 (247) 2708 (1867) 2224 (1533)
8-8 100 100 100 300 1,0 8,8 1425 (983) 2338 (1612) 1648 (1136)

На Фигурах 1-4 показано действие различных соотношений МКР, MCP и MgO на цемент на фосфатной основе. На Фигуре 1 показан pH отвержденного материала. При более низких долях MgO pH в целом возрастал с увеличением количества МКР. Однако между 70 и 80 частями MgO наивысший pH получали при наиболее низком количестве МКР.

Прочность на сжатие через 24 часа показана на Фигуре 2. При нулевом содержании МКР и наивысших количествах MCP прочность на сжатие была, очевидно, очень низкой. Промежуточные количества MCP, такие как от 3,75 до 30 частей MCP на 100 частей МКР, давали наивысшую прочность при содержании MgO менее 60 частей MgO на 100 частей МКР.

Аналогично, прочность на сжатие через 7 дней в сухом и влажном состоянии была наивысшей при промежуточных количествах MCP во всем диапазоне концентраций MgO. Следовательно, результаты указанных опытов поддерживают приведенные в формуле изобретения диапазоны MCP и MgO при постоянных концентрациях МКР.

Хотя был описан конкретный вариант реализации цемента на фосфатной основе, специалисту в данной области техники будет понятно, что элементы конкретных вариантов реализации взаимозаменяемы с элементами других вариантов реализации. Эти и другие изменения и модификации можно осуществить, не выходя за рамки изобретения в его более широких аспектах, как изложено в следующей формуле изобретения.

1. Фосфатная смесь для получения высокопрочного цемента, содержащая:дигидроортофосфат калия;оксид металла группы IIA в количествах от примерно 20 до примерно 100 частей на 100 частей указанного дигидроортофосфата калия; идигидроортофосфат кальция в количествах от примерно 3 до примерно 30 частей на 100 частей указанного дигидроортофосфата калия;причем соотношение дигидроортофосфата калия, оксида металла группы IIA и дигидроортофосфата кальция обеспечивает pH схватившегося продукта, составляющую от 7 до 9, и прочность на сжатие схватившегося продукта, составляющую свыше 13,5 мегапаскалей (2000 фунтов/кв. дюйм) через 24 часа.

2. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что прочность на сжатие схватившегося продукта составляет свыше 20 мегапаскалей (3000 фунтов/кв. дюйм) через 24 часа.

3. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что pH схватившегося продукта составляет от 7 до менее примерно 8.

4. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что указанный металл группы IIA представляет собой магний.

5. Фосфатная смесь по п. 4, отличающаяся тем, что оксид магния представляет собой сильно обожженный оксид магния или спеченный оксид магния.

6. Фосфатная смесь по п. 1, дополнительно содержащая наполнитель, выбранный из группы, состоящей из песка, полых стеклянных микросфер, полых керамических микросфер, полых пластиковых микросфер, пемзы, вспученного перлита, диатомитовой земли и их комбинаций.

7. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что плотность схватившегося продукта составляет от примерно 160 до примерно 2400 кг/м3 (от примерно 10 до примерно 150 фунтов/фут3).

8. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что плотность схватившегося продукта составляет от примерно 960 до примерно 1600 кг/м3 (от примерно 60 до примерно 100 фунтов/фут3).

9. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что плотность схватившегося продукта составляет от примерно 1120 до примерно 1440 кг/м3 (от примерно 70 до примерно 90 фунтов/фут3).

10. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит отдельные армирующие волокна.

11. Фосфатная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит непрерывный армирующий материал.

12. Фосфатная смесь по п. 11, отличающаяся тем, что указанный непрерывный армирующий материал выбран из группы, состоящей из стекловолоконной сетки, стекломата, базальтового мата, сеток, нетканых матов и их комбинаций.

13. Фосфатная смесь по п. 10, отличающаяся тем, что указанный непрерывный армирующий материал расположен на поверхности цемента или включен в цемент.

14. Цементная суспензия на фосфатной основе, содержащая:смесь по п. 1 иводу, которые объединены с получением текучей суспензии.

15. Способ получения цементного продукта, включающий стадии:получения суспензии по п. 14;придания формы указанной суспензии с получением цементного продукта; ивыдержки до затвердевания указанной суспензии.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанная стадия придания формы дополнительно включает заливку, обмазку, распыление или непрерывную отливку указанной суспензии.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанная стадия придания формы дополнительно включает получение продукта для устройства полов.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанная стадия придания формы дополнительно включает получение панельного продукта.

19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанная стадия придания формы дополнительно включает получение продукта для покрытия.

www.findpatent.ru

Портландцемент

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения новых видов цементов, применяемых в строительстве, а также строительных растворах и бетонах на их основе. В портландцементе, включающем портландцементный клинкер, двуводный гипс и добавку, используют портландцементный клинкер следующего минералогического состава: 3CaO·SiO2 59-63 мас.%, 2CaO·SiO2 16-18 мас.%, 3СаО·AL2O3 6-7,5 мас.%, 4СаО·AL2O3·Fe2O3 11-12 мас.%, в качестве минеральной добавки используют натрий фтористый, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 95,93-98,77, гипс двуводный 0,50-1,92, натрий фтористый остальное. Технический результат - уменьшение водоотделения и сокращение сроков схватывания портландцемента. 2 табл.

 

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения новых видов цементов, применяемых в строительстве, а также строительных растворах и бетонах на их основе.

Известны составы портландцемента, включающие портландцементный клинкер, двуводный гипс и минеральные добавки (ГОСТ 10178-85).

Однако такие составы имеют повышенное водоотделение и продолжительные сроки схватывания.

Известно, что в качестве ускорителя схватывания портландцемента применяют фтористый натрий (см., например, Корнеев В.И. Ускорители и замедлители схватывания и твердения сухих строительных смесей, Доклады конференции BALTMIX, 2003).

Однако известные составы характеризуются нестабильностью работы фтористого натрия в них в зависимости от содержания добавки и портландцемента, а также вида и содержания наполнителя в смеси. К тому же не указано влияние совместного помола портландцементного клинкера, гипса и фтористого натрия на сроки схватывания цемента, и не учитывается влияние его в зависимости от содержания портландцементного клинкера и двуводного гипса.

Известно, что содержание 1,5-5,0 мас.% гипса способствует снижению водоотделения цементов (см., например, Нормантович А.С. Регулирование процесса водоотделения цементно-водных дисперсных систем: автореф. дисс… канд. тех. наук / А.С. Нормантович; Белгородский технологический институт. - Белгород, 2005).

Однако это относится к определенным видам цементов, т.к. некоторые из них (цементы с разным минералогическим составом, а также разной удельной поверхностью) способны отделять воду, независимо от содержания в них гипса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является вяжущее, включающее портландцементный клинкер, гипс и добавку, в качестве которой содержит термообработанный при 600°C отход производства двуокиси титана сернокислым методом (SU 897743, МПК C04 В7/84, опубл. 15.01.1982).

Известное решение улучшает размолоспособность клинкера с добавкой и увеличивает прочность вяжущего, но имеет повышенные показатели водоотделения и сроки схватывания.

Технический результат заключается в уменьшении водоотделения и сокращении сроков схватывания потландцемента.

Сущность изобретения заключается в том, что портландцемент, включающий портландцементный клинкер, двуводный гипс и добавку. Портландцементный клинкер используют минералогического состава 3CaO·SiO2 59-63%; 2CaO·SiO2 16-18%; 3CaO·Al2O3 6-7,5%; 4СаО·Al2O3·Fe2O3 11-12%, а в качестве минеральной добавки - натрий фтористый, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцементный клинкер 95,93-98,77
Двуводный гипс 0,50-1,92
Натрий фтористый остальное

Для изготовления портландцемента используют следующие компоненты: портландцементный клинкер ОАО «Мордовцемент» (3CaO·SiO2 59-63%; 2CaO·SiO2 16-18%; 3CaO·Al2O3 6-7,5%; 4СаО·Al2O3·Fe2O3 11-12%), двуводный гипс второго сорта Порецкого месторождения (ГОСТ 4013-82) и натрий фтористый (ГОСТ 4463-76).

Способ изготовления портландцемента заключается в следующем. Производят весовую дозировку компонентов. Затем в помольном агрегате производят совместный размол портландцементного клинкера, двуводного гипса и натрия фтористого до доведения удельной поверхности полученного портландцемента до 300-400 м2/кг.

Испытания портландцемента проводят по ГОСТ 310-76 на образцах нижеследующих составов (табл.1).

Полученные результаты приведены в табл.2.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет уменьшить водоотделение и сократить сроки схватывания портландцемента.

Портландцемент, включающий портландцементный клинкер, двуводный гипс и добавку, отличающийся тем, что портландцементный клинкер используют минералогического состава 3CaO·SiO2 59-63 мас.%, 2CaO·SiO2 16-18 мас.%, 3СаО·AL2O3 6-7,5 мас.%, 4СаО·AL2O3·Fe2O3 11-12 мас.%, в качестве минеральной добавки используют натрий фтористый при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцементный клинкер 95,93-98,77
Двуводный гипс 0,50-1,92
Натрий фтористый Остальное

www.findpatent.ru

способ получения цементно-стружечных блоков - патент РФ 2578077

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, а именно к способам изготовления легких бетонных изделий с древесным наполнителем, и может быть использовано в качестве конструкционного материала при строительстве домов, технических сооружений и т.д. Технический результат заключается в получении облегченного дешевого строительного цементно-стружечного блока повышенной прочности и плотности. Способ получения цементно-стружечных блоков включает смешение наполнителей, минерального вяжущего, в качестве которого используют портландцемент, химической добавки и воды, формование полученной смеси путем вибропрессования в поддонах с последующим твердением полученных блоков в поддонах на воздухе, при этом при приготовлении смеси в качестве наполнителя берут смесь кварцевого песка и древесно-стружечного наполнителя, полученного путем силосования сырой стружки хвойных пород, получаемой после окорки и оцилиндровки круглых лесоматериалов с содержанием коры предпочтительно до 30 мас. %, в качестве химической добавки берут силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный древесно-стружечный наполнитель 37-43, кварцевый песок 10-15, портландцемент 33-38, силикат натрия 0,7-2,0, вода - остальное. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Рисунки к патенту РФ 2578077

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, а именно к способам изготовления легких бетонных изделий с древесным наполнителем и может быть использовано в качестве конструкционного материала при строительстве домов, технических сооружений и т.д.

В настоящее время при производстве и эксплуатации бетонных изделий и сооружений важнейшими проблемами являются повышение их качества (прочность, морозостойкость, теплопроводность, пожаростойкость), производительности при изготовлении, невысокая себестоимость изготовления, а также соблюдение экологических требований.

Одним из наиболее перспективных направлений в строительной индустрии, отвечающим вышеуказанным требованиям, является производство строительных изделий и конструкций из легкого бетона, т.е. бетонных изделий с пористым наполнителем, в качестве которого могут быть использованы как минеральные, так и органические материалы.

Известен способ производства дюризола (Перовский А.Н. «Арболит в строительстве». - М.: Московский рабочий, 1964 г., с. 30-48), заключающийся в формовке изделий из смеси минерализованного измельченного органического наполнителя древесного происхождения, цемента, специального отвердителя и воды с последующей калибровкой и температурной выдержкой в течение 4-7 суток в поддоне до достижения транспортной прочности, а затем на складе до достижения конструкционной прочности (всего в сумме 28 суток).

К недостаткам способа можно отнести длительный срок твердения до достижения конструкционной прочности, что приводит к низкой производительности технологии, особенно при возведении жилых зданий и сооружений.

Известен способ производства арболита (Буткевич Г.А. «Арболит». - М.: Изд-во литературы по строительству, 1969 г., с. 160-169), в основе которого заложена формовка изделия из смеси измельченного, увлажненного органического наполнителя с цементом, электролитом и водой с последующей температурной выдержкой в поддоне до транспортной прочности и на складе до конструкционной прочности с образованием блоков.

При данной технологии требуется большое количество воды, которая требует очистки при ее сбросе в общий водоканал.

Известен способ получения опилкобетонного блока, который ведут методом вибропрессования из смеси 18,2% вяжущего вещества (цемента не ниже марки М-400 по ГОСТ 10178-85), наполнителей - песка (54%), древесных опилок (18,2%), химических добавок (0,5%) и воды (9,1% от массы), с получением блоков в виде прямоугольного параллелепипеда, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 6133-99. Опилки могут быть подвергнуты предварительной выдержке под навесом в течение 2-х - 3-х месяцев.

К недостаткам этого способа следует отнести необходимость использования в качестве древесного наполнителя сухих опилок. Это удорожает процесс за счет повышенного расхода электроэнергии, сужает возможную сырьевую базу, а также усложняет технологический процесс изготовления данного материала. Сам материал характеризуется повышенной плотностью при одновременном снижении прочности и теплопроводности материала из-за значительного содержания песка (54%). Значительная плотность опилкобетонных блоков влечет за собой удорожание монтажных работ и повышает требования к фундаментам.

Известен также способ получения арболита, который изготавливают из смеси органических целлюлозосодержащих заполнителей растительного происхождения (дробленых отходов деревообработки, костры конопли, льна, сечки стеблей хлопчатника, камыша и т.д.), минерального вяжущего (обычно портландцемента), химических добавок и воды (32,6:42,9:1,2:23,3% от массы соответственно). Согласно ГОСТ 19222-84 размеры древесных частиц не должны превышать по длине 40, по ширине 10, а по толщине 5 мм, содержание примесей коры в измельченной древесине не должно быть более 10%, а хвои и листьев не более 5% по массе сухой смеси заполнителя. Предварительно высушенную древесную щепу обрабатывают сульфатом аммония для полного удаления сахаров, находящихся в древесине, смешивают с остальными компонентами, формуют на формовочном прессе и сушат в опалубке около 10 дней.

К недостаткам этого способа следует отнести использование в качестве древесного наполнителя стружки определенных размеров, что способствует значительному снижению плотности блоков при сохранении прочностных показателей и снижению их теплопроводности. Усложнению технологического процесса изготовления блоков способствует существенное ограничение содержания примесей и влажности древесного наполнителя. Содержание портландцемента до 42,9% приводит к удорожанию стоимости блоков, кроме этого провоцирует высокое коробление и усадку.

Известен способ изготовления арболита, заключающийся в том, что древесный наполнитель замачивают в течение часа, затем отжимают на центрифуге в течение 5 мин, потом смешивают с добавками, цементом и водой [а.с. СССР № 1534031, 1990].

Недостатками известного способа являются многокомпонентность состава, низкий коэффициент конструктивного качества и высокая энергоемкость.

Известен также способ получения бризолита для применения в качестве несъемной опалубки путем заливки раствором бетона внутренней полости блока с целью создания монолитного каркаса здания, состоящий из следующих ингредиентов: 75% древесной шерсти хвойных пород длиной 2-4 см, 15% цемента, 5% минеральных добавок, гидрофобизирующих блоки и 5% воды. При указанном соотношении получаемый материал соответствует требованиям ТУ 5767-001-15051756-2004, ГОСТ 13015-2003, ГОСТ 12730.2-78, ГОСТ 7025-91, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 10181-2000 и ГОСТ 7076-99 (http://strovnedvizhka.ru/stroitelnve-materialy/brizolit/ 2013).

Бризолит обладает высокой прочностью и плотностью, но имеет ограниченные области применения. К недостаткам этого материала следует отнести владение специальными технологиями монтажа и высокую стоимость строительства.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления стружечно-цементной плиты из смеси, включающей в мас. %: портландцемент - 27,06-37,81, измельченную древесину хвойных пород с размерами древесных частиц, не превышающих по длине 40 мм, по ширине 10 мм, по толщине 5 мм - 20,16-39,95, воду 28,39-36,24, стекло натриевое жидкое 0,71-0,90, алюминия сульфат технический очищенный 0,48-0,61, суперпластификатор СП-1 0,02-0,04 и поливинилацетат 3,37-4,26. Согласно известному способу предварительно подготовленную древесину хвойных пород направляют на передел изготовления стружки, затем перерабатывают в щепу и далее измельчают вдоль волокон до размеров частиц, не превышающих по длине 40 мм, по ширине 10 мм, по толщине 5 мм, затем подсушивают и отделяют от частиц пыли и мелкой фракции. На переделе смешивания сырьевые компоненты подают в тихоходный смеситель непрерывного действия, откуда смесь поступает на передел формирования насыпки или ковра из стружечно-цементной смеси на металлических поддонах. Прессование изделий ведут при удельном давлении до 1 МПа с фиксацией крышки кассеты с последующей выдержкой в течение 24 часов и расспресованием, созревание ведут в течение 14 суток, а затем кондиционируют и обрезают по размерам (Патент RU 2376254, 2009).

Получаемый материал обладает высокими прочностными показателями непосредственно после их изготовления, но теряет их в процессе эксплуатации за счет того, что сахара остаются в древесной стружке в активной фазе, что ведет к быстрому старению материала, снижению прочности и эксплуатационных параметров. Кроме того, к недостаткам известного способа следует отнести повышенное содержание свободной воды в смеси, которая приводит к увеличению срока созревания, а также может привести к ухудшению морозостойкости и, как следствие, ухудшению эксплуатационных характеристик.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение ассортимента цементно-стружечных блоков, применяемых в строительстве.

Технический результат - получение облегченного дешевого строительного цементно-стружечного блока повышенной прочности и плотности предпочтительно конструкционного назначения.

Поставленная задача решается тем, что заявляется способ получения цементно-стружечных блоков путем смешения наполнителей, минерального вяжущего, в качестве которого используют портландцемент, химической добавки и воды, формования полученной смеси прессованием и последующего твердения на воздухе, при этом при приготовлении смеси в качестве наполнителя берут смесь кварцевого песка и древесно-стружечный наполнитель, полученный путем силосования сырой стружки хвойных пород, получаемой после окорки и оцилиндровки круглых лесоматериалов с содержанием коры предпочтительно до 30 мас. %, в качестве химической добавки берут силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Указанный древесно-стружечный

наполнитель37-43
Кварцевый песок 10-15
Портландцемент 33-38
Силикат натрия 0,7-2,0
Вода остальное

прессование полученной смеси ведут путем вибропрессования в поддонах с получением блоков, твердение которых осуществляют в поддонах.

Твердение в поддонах осуществляют в течение не менее 7 дней, после чего блоки выгружают из поддонов и оставляют созревать на воздухе при нормальной температуре для окончательного набора прочности.

Вводимое количество древесно-стружечного наполнителя (древесной шерсти) (37-43 мас. %), больше, чем в опилкобетоне (18,2%), арболите (32,6%) и цементно-стружечной плите по прототипу - 20,16%, но меньше, чем в бризолите (75%). Заявляемое количество древесно-стружечного наполнителя способствует существенному облегчению блока, обеспечивая при этом его высокую прочность, пористость, а значит, хорошее теплосопротивление.

Предпочтительно древесно-стружечный наполнитель содержит до 30% крупной стружки - длиной до 5 см, что обеспечивает дополнительную прочность получаемому блоку. Наличие в древесно-стружечном наполнителе значительной доли коры, предпочтительно до 30 мас. %, положительно влияет на конечные свойства получаемого блока, повышая его прочность и пористость. Высокая влажность древесно-стружечного наполнителя, предпочтительно около 50%, способствует ее хорошей смачиваемости, а значит, однородности композита, а также гидратации Сахаров древесины, что способствует получению высокой прочности получаемого блока на протяжении длительного периода эксплуатации. Этой же задаче служит силосование сырой стружки хвойных пород, которое проводят при нормальной температуре в течение не менее 2-х месяцев путем выдерживания влажной стружки в силосной яме. Силосование может быть проведено под навесом или в помещении.

В процессе формирования блока в поддонах при проведении вибропрессования происходит ориентация стружки по сечению блока в разных плоскостях, что придает получаемому блоку прочность, стабильность структуры и пористость. Вибрация позволяет ориентировать горизонтально основную массу стружки, но не всю, а также равномерно распределить ее по матрице вместе с кварцевым песком и минеральным вяжущим - портландцементом. Крупная стружка длиной до 5 см ориентируется в продольном и поперечном направлениях, примерно равномерно, что позволяет обеспечить высокую прочность получаемым блокам. Дополнительно прочность и плотность получаемых блоков может быть увеличена путем применения импульсного режима прессования. Для отдельных аспектов заявляемого способа вместо импульсного режима могут быть применены статическая или циклическая нагрузки. Благодаря импульсному режиму создаются наиболее благоприятные условия для распределения давления в массе, в результате чего повышается производительность, задаются четкие геометрические размеры и форма блока, а масса в поддоне ориентируется и уплотняется настолько, что получаемые блоки имеют гарантированно конструкционное назначение с высокими показателями прочности на сжатие. Блоки, полученные с использованием статической или циклической нагрузок вибропрессования, имеют несколько меньшие значения предела прочности на сжатие, чем блоки, полученным в импульсном режиме другими режимами (1,265 МПа в импульсном режиме против 1,234 и 1,012 МПа соответственно в статическом и циклическом режимах). Режимы вибропрессования приведены на фиг. 1., где режим 1 - импульсный режим, режим 2 - статический режим и режим 3 - циклический режим). Более того, блоки, полученные в импульсном режиме, набирают регламентированные значения прочности уже через 10 суток, в статическом - через 14 суток, а в циклическом - 23 суток против 28 суток, установленных ГОСТ. Во всех режимах через 7 дней после формования блоки достигают влажность 20±2%, что ниже нормируемых значений (25%).

Силикат натрия (жидкое стекло) является гидрофобизирующей добавкой, способствующей лучшей смачиваемости древесно-стружечного наполнителя (древесной шерсти) при формировании блоков, и одновременно для гидрофобизации древесного наполнителя, что препятствует его набуханию при последующем увлажнении блока, а также лучшему схватыванию портландцемента, что исключает необходимость дополнительного конструкционного упрочнения блока. Содержание данной химической добавки должно быть более 2 мас. %, т.к. большее ее количество провоцирует деструкцию портландцемента при последующей эксплуатации блока, т.е. к значительной утрате прочности. Учитывая, что в портландцемент при его изготовлении может добавляться до 3% этой добавки, суммарное содержание ее в заявляемом способе получения цементно-стружечных блоков не является критичным в отличие от бризолита (5% химических добавок).

Силикат натрия (жидкое стекло) должен соответствовать требованиям по ГОСТ 13078-81, кварцевый песок - ГОСТ 8736-93, портландцемент - не ниже марки 400 по ГОСТ 10178-76, вода - по ГОСТ 23732-79.

Вода, добавляемая при осуществлении способа, обеспечивает лучшее распределение компонентов в массе материала, а следовательно, обеспечивает возможность применения простых способов вибропрессования блоков. Небольшое количество вводимой воды (не более 15 мас. %) по сравнению с арболитом (23,3%) и цементно-стружечной плитой по прототипу - 36,24%, в сочетании с гидрофобизирующей добавкой - силиката натрия, обеспечивает стабильность формы и размеров блока при изготовлении и при последующей эксплуатации.

Заявляемое изобретение позволяет создать относительно легкий и дешевый композиционный строительный материал конструкционного назначения, характеризующийся простой и однородной структурой, стабильной формой и размерами, а также высокой прочностью и тепловым сопротивлением, сохраняющимися на протяжении длительного срока эксплуатации, не предполагающий удорожание строительно-монтажных работ.

Между совокупностью существенных признаков заявленного способа и достигаемым техническим результатом существует прямая причинно-следственная связь, а предварительно обработанный силосованием древесно-стружечный наполнитель в виде сырой стружки хвойных пород с содержанием коры до 30 мас. %, получаемый после окорки и оцилиндровки круглых лесоматериалов в сочетании с силикатом натрия, в качестве гидрофобизирующей добавки при заявляемых соотношениях портландцемента и кварцевого песка, обеспечивает получение облегченных дешевых цементно-стружечных блоков конструкционного назначения с минимальными трудо- и энергозатратами.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию новизна, т.к. заявляемый способ осуществляют с использованием нового наполнителя, который вводят в композицию в заявляемом количественном соотношении ингредиентов.

В науке и технике широко известны способы производства цементно-стружечных материалов. Заявляемый способ позволяет получить новый технический результат, выражающийся в получении конструкционного строительного материала, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками при существенном сокращении времени твердения сформированных блоков (не более 7 суток против 14 суток по прототипу), утилизации отходов обработки древесины с минимальными трудо- и энергозатратами. Более того, блоки, полученные заявляемым способом, набирают полную прочность в течение 10 -23 суток (в зависимости от режима прессования) против 28 суток по нормативам. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного способа критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может быть реализован с использованием известных в промышленности веществ и оборудования, а получаемый материал может быть использован в строительстве при реализации современных строительных технологий возведения зданий и сооружений. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».

Предлагаемый способ получения цементно-стружечных блоков иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (по изобретению). Влажную древесную стружку, остающуюся на деревообрабатывающих предприятиях после окорки и оцилиндровки круглых лесоматериалов хвойных пород и являющуюся отходом производства с относительной влажностью около 50%, содержащей до 30 мас. % крупной стружки - длиной до 5 см и коры до 30 мас. %, складируют в помещении и выдерживают при температуре рабочего помещения в течение 2-х месяцев. При складировании влажной древесной стружки в ее массе протекают биохимические реакции, характерные для процесса силосования. Способ осуществляют на мини-бетонном заводе РБУ-2Г-15Б. Перед началом работы оператор задает рецепт композиции в меню контроллера, на пульте управления ДК-15. В рецепте композиции указываются количество и масса ингредиентов, необходимых для приготовления смеси (см. таблицу 1).

С помощью переключателей открывается затвор первой секции первого бункера и подается на конвейер основная доза указанного древесно-стружечного наполнителя, прошедшего выдержку силосованием. За набором необходимой дозы оператор следит на цифровом индикаторе табло, которое находится на пульте управления. По мере набора и взвешивания дозы оператор включает привод конвейера-дозатора ДИ-5 и отмеренная доза указанного древесностружечного наполнителя поступает в скип бетоносмесителя РБУ-2Г-15Б. Далее в такой же последовательности осуществляются подача и взвешивание кварцевого песка из второго бункера. При полной загрузке скипа бетоносмесителя оператор приводит его в действие соответствующей кнопкой пульта управления. Скип поднимается наверх с помощью приводной лебедки и в крайнем верхнем положении ссыпает указанный древесно-стружечный наполнитель в корпус бетоносмесителя. Оператор нажатием кнопки возвращает его в исходное положение. Таким же образом осуществляется подача кварцевого песка в бетоносмеситель.

Заданное в рецепте количество воды и силиката кремния поступает в бетоносмеситель с помощью дозатора воды ДВТ-100 и дозатора химических добавок ДХД-10.

Аналогичным образом оператор следит за заполнением портландцемента в дозатор. При этом из силоса СЦ-2 с помощью шнекового транспортера портландцемент подают в дозатор ДЦ-150. Затем оператор на пульте управления нажимает кнопку «цемент», и портландцемент подают в бетоносмеситель. После загрузки последнего компонента смесь перемешивают еще в течение 2 минут. Оператор на пульте управления включает ленточный транспортер, на который ссыпается готовая смесь на ленту, и подает ее в накопительный бункер вибропресса, при заполнении которого ленточный транспортер и бетоносмеситель останавливаются.

Второй оператор на пульте управления вибропресса приводит рычагом в движение модуль подачи поддонов. Поддоны по цепному конвейеру перемещаются под матрицу. Затем оператор с пульта управления открывает затвор накопительного бункера, и смесь ссыпают в дозатор. После заполнения дозатора затвор накопительного бункера закрывают. Дозатор перемещается до положения над матрицей и, совершая циклические движения, заполняет ее. После этого дозатор возвращается в исходное положение. Далее при температуре рабочего помещения производят вибропрессование, создавая предварительную вибрацию частотой 70 Гц в течение 25-30 секунд, затем с помощью пуассона создают 6 импульсов давления на пресс-массу величиной 8 МПа и продолжительностью 4 с каждый, по окончании которого оператор поднимает матрицу, приводит в движение модуль загрузки поддонов, продвигая поддон с готовыми блоками вперед, выталкивая их на кассету следующим поддоном. После заполнения кассеты (6 поддонов) кран-балка перемещает ее в цех на свободное пространство для 7-дневного твердения в поддонах, после чего блоки выгружают и оставляют на воздухе для окончательного набора прочности (созревания). Полученный блок исследовали по утвержденным методикам на соответствие показателей, установленных ГОСТ.

Аналогично осуществляли примеры по изобретению № 2 и № 3, отличающиеся от примера № 1 содержанием ингредиентов.

Составы получаемых композиций по примерам конкретного выполнения приведены в таблице 1.

Свойства блока по примеру 1 приведены в таблице 2.

На фиг. 2. приведена фотография древесно-стружечного наполнителя.

На фиг. 3 приведена фотография получаемого блока.

На фиг. 4 приведена фотография получаемых блоков после созревания и набора прочности - в упаковке.

Аналогичные свойства получены при изготовлении цементно-стружечных блоков по примерам 2 и 3.

Заявляемый способ позволяет получить цементно-стружечные блоки строительного назначения, которые:

- по истечении 28 дней со дня формирования блоков их влажность составляет 12,1%, что более чем в 2 раза ниже верхней допустимой границы (<25%), регламентированной ГОСТ 19222-84, и свидетельствует о хорошем просыхании блоков и окончании, в основном, химических процессов, обуславливающих набор прочности;

- плотность блоков составляет 733 кг/м3 и соответствует требованиям к конструкционным блокам марок М35 класса В2,5 и М50 класса В3,5 по ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия»;

- прочность на сжатие составляет 8,15 МПа, что в 2,5 раза выше регламентированной прочности для наиболее прочных конструкционных арболитовых блоков марки М50 класса В3,5 по ГОСТ 19222-84 и бризолита.

- коэффициент вариации прочности составляет 12,3% и соответствует значениям, регламентированным ГОСТ 18105-2010 (<20%) и ГОСТ 19222-84 для изделий и конструкций высшей категории качества (<15%), что свидетельствует о высокой однородности блоков.

В практике производства конструкционных древесно-стружечных материалов на данный момент не выявлено материалов, воспроизводящих свойства получаемых цементно-стружечных блоков, т.е. сочетающих в себе умеренную плотность, хорошее термосопротивление и беспрецедентную прочность.

Заявляемый способ позволяет обеспечить безотходную технологию получения цементно-стружечных строительных блоков на основе сырых древесных наполнителей, содержащих высокое содержание коры, которые в настоящее время не находят должного применения и в отличие от древесных опилок, которые применяются в производстве ДВП, ДСП, главным образом, сжигаются.

Как показывает опыт реализации заявляемого способа, получаемые строительные блоки превосходят по теплопроводности и экологичности многие неорганические материалы, такие как керамзитобетон, пенополистерол и кирпич. Более того, получаемые заявляемым способом строительные блоки являются экологически чистыми и экономичными материалами, что существенным образом расширяет ассортимент строительных блоков, простых в монтаже и надежных в эксплуатации.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения цементно-стружечных блоков путем смешения наполнителей, минерального вяжущего, в качестве которого используют портландцемент, химической добавки и воды, формования полученной смеси путем прессования с последующим твердением на воздухе, отличающийся тем, что при приготовлении смеси в качестве наполнителя берут смесь кварцевого песка и древесно-стружечного наполнителя, полученного путем силосования сырой стружки хвойных пород, получаемой после окорки и оцилиндровки круглых лесоматериалов с содержанием коры предпочтительно до 30 мас. %, в качестве химической добавки берут силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Указанный древесно-стружечный
наполнитель 37-43
Кварцевый песок 10-15
Портландцемент 33-38
Силикат натрия 0,7-2,0
Вода остальное
прессование полученной смеси ведут путем вибропрессования в поддонах, а твердение полученных блоков осуществляют в поддонах.

2. Способ получения цементно-стружечных блоков по п. 1, отличающийся тем, что силосование ведут при нормальной температуре путем выдержки сырой стружки с влажностью около 50% в течение не менее 2-х месяцев в силосной яме.

3. Способ получения цементно-стружечных блоков по п. 1, отличающийся тем, что вибропрессование ведут в импульсном режиме.

4. Способ получения цементно-стружечных блоков по п. 1, отличающийся тем, что вибропрессование ведут в статическом режиме.

5. Способ получения цементно-стружечных блоков по п. 1, отличающийся тем, что вибропрессование ведут в циклическом режиме.

6. Способ получения цементно-стружечных блоков по п. 1, отличающийся тем, что твердение полученных блоков в поддонах ведут при нормальной температуре в течение не менее 7 суток.

www.freepatent.ru

Способ получения цемента

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству облегченных тампонажных цементов, и может быть использовано в нефтегазовой отрасли при цементировании скважин, имеющих умеренную температуру. Способ получения цемента включает сушку кремнеземистой осадочной породы, ее смешивание и измельчение с портландцементным клинкером и гипсом, указанная сушка производится при температуре 350 - 400°С, а в качестве указанной кремнеземистой осадочной породы используют диатомит Ильинского месторождения, содержащий в пересчете на сухое вещество, мас.%: диоксид кремния 72,0 - 75,0; оксид алюминия 10,5 - 12,0; оксид кальция 0,5 - 0,6; оксид железа 5,0 - 5,5; оксид магния 0,3 - 0,6; оксид титана 0,71 - 0,75; примеси остальное. Технический результат - повышение прочности тампонажного облегченного цемента. 1 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству облегченных тампонажных цементов, и может быть использовано в нефтегазовой отрасли при цементировании скважин, имеющих умеренную температуру. В настоящее время для крепления скважин, эксплуатируемых в указанных условиях, используют цементы, содержащие облегчающие добавки. В качестве облегчающей природной добавки, как правило, используют диатомит, трепел, опоку.

Известен способ получения тампонажного цемента (а.с. СССР №610814), в котором портландцементный клинкер предварительно размалывается с поверхностно-активным веществом, а гипс с минеральной добавкой в виде кремнеземистой осадочной породы - опоки с последующим смешиванием всех измельченных компонентов. Полученный таким способом цемент имеет недостаточно высокую прочность из-за повышенной плотности цементного раствора, низкого водоцементного отношения и недостаточной прочности образцов из него ввиду низкой концентрации брендстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности минералов гидратных фаз.

Известен также способ получения цемента (патент РФ №2101246) путем смешения и измельчения портландцементного клинкера и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы, причем перед смешением и измельчением перечисленных компонентов 75-85% кремнеземистой осадочной породы нагревают до 200-300°С и добавляют 15-25% кремнеземистой породы, высушенной до влажности 15 мас. %. Кроме того, перед смешиванием дополнительно вводят 1-2% углесодержащего компонента при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцементный клинкер 43-52
гипс 5-7
кремнеземистая осадочная порода 45-60
углесодержащий компонент 1-2

К недостаткам известного способа следует отнести низкие прочностные свойства получаемого цемента, обусловленные переменной влажностью используемой кремнеземистой осадочной породы. Высушенная при температуре 200-300°С ее часть имеет ограниченное количество активных центров гидроксильных (-ОН) групп, а другая ее часть с влажностью 15% предполагает возможность гидратации клинкерного материала в цементе, что, в конечном итоге, отрицательно сказывается на прочностных характеристиках получаемого цемента. Наличие в составе смеси углесодержащего компонента не влияет на качество получаемого цемента, а служит стабилизатором процесса его сушки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ получения тампонажного цемента (патент РФ №2398749), включающий высушивание кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела, диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, причем указанное высушивание осуществляют при температуре 150-190°С до влажности 0,3-0,7%, а перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду для улучшения размолоспособности материала.

Недостатком известного способа являются пониженные прочностные свойства получаемого тампонажного цемента.

Техническим результатом, на решение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение прочностных свойств облегченного тампонажного цемента, за счет подбора облегчающей добавки и оптимизации температуры ее сушки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения облегченного тампонажного цемента, включающем сушку кремнеземистой осадочной породы, ее смешивание и измельчение с портландцементным клинкером и гипсом, указанная сушка производится при температуре 350-400°С, а в качестве указанной кремнеземистой осадочной породы используют диатомит Ильинского месторождения, содержащий в пересчете на сухое вещество, мас. %:

диоксид кремния 72,0-75,0
оксид алюминия 10,5-12,0
оксид кальция 0,5-0,6
оксид железа 5,0-5,5
оксид магния 0,3-0,6
оксид титана 0,71-0,75
примеси остальное

Природные диатомиты являются сложным минеральным сырьем, свойства которого определяются природой сырья и содержащихся в нем примесей. Известно, что из всех природных кремнеземсодержащих пород диатомиты, содержащие аморфный и кристаллический SiO2, а также глинистую составляющую, являются самыми загрязненными материалами (см., например, Вакалова. Т.В. и др. Влияние структурно-минералогических особенностей кремнеземистого сырья на фазовые изменения при его нагревании // Новые огнеупоры, 2009, №1, С. 18-22). В различных количествах в диатомитах присутствуют примеси карбонатного типа, полевые шпаты, глауконит и другие минералы. Поэтому свойства продукта, получаемого с использованием диатомитов, в значительной степени определяются природой сырья и содержащихся в нем примесей. Применительно к облегченным тампонажным цементам это означает, что использование диатомита конкретного месторождения оказывает определяющее влияние на свойства целевого продукта. Помимо химического и минералогического состава диатомита весомый вклад в повышение прочности тампонажного цемента вносит оптимизация температуры сушки облегчающей добавки.

Экспериментальным путем авторами установлено, что облегченный тампонажный цемент, полученный с использованием диатомита Ильинского месторождения (Уральский регион РФ), высушенного при температуре 350-400°С, обладает повышенными прочностными характеристиками. Это обусловлено синергетическим влиянием двух факторов. Во-первых, при сушке диатомита в указанном температурном интервале материал имеет влажность в пределах 0,2-0,5 мас. %, что способствует сохранению в материале достаточного количества активных гидроксильных (-ОН) групп, повышающих прочностные свойства цемента. Во-вторых, повышению прочности цемента способствует уникальный химико-минералогический состав кремнеземистой породы указанного месторождения. Кроме того, некоторое снижение остаточной влажности материала после сушки способствует повышению его размолоспособности и позволяет отказаться от использования углеродсодержащих добавок, используемых в качестве интенсификаторов помола. Снижение температуры сушки диатомита ниже 350°С приводит к ухудшению прочностных характеристик цемента, а увеличение температуры сушки свыше 400°С не вызывает дальнейшего увеличения прочности целевого продукта.

Примеры осуществления изобретения

Диатомит Ильинского месторождения фракции 40-100 мм с химическим составом, находящимся в рамках нижних, средних и верхних пределов содержания компонентов, высушивали при температурах соответственно 350°С, 375°С и 400°С. Высушенный материал подвергали совместному помолу с портландцементным клинкером и гипсом при соотношении, мас. %: портландцементный клинкер - 50, гипс - 5, диатомит - 45. У полученного цемента определяли прочность по ГОСТ 1581-96. Аналогичным образом были проведены испытания свойств цемента, полученного с использованием диатомита, высушенного при указанных выше температурах. Также были проведены испытания свойств цемента, полученного с использованием диатомита, высушенного при температурах, отличных от заявляемого интервала. Кроме того, были проведены исследования свойств цемента, полученного с использованием диатомитов Ирбитского и Камышловского месторождений Уральского региона РФ. Результаты всех испытаний представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что облегченный тампонажный цемент, полученный заявляемым способом (примеры 2-4 таблицы), обладает более высокими прочностными характеристиками по сравнению с прототипом. Кроме того, использование диатомита Ильинского месторождения, высушенного в заявляемом температурном интервале, позволяет отказаться от использования углеродсодержащих добавок, используемых в качестве интенсификатора помола.

Способ получения облегченного тампонажного цемента, включающий сушку кремнеземистой осадочной породы, ее смешивание и измельчение с портландцементным клинкером и гипсом, отличающийся тем, что указанная сушка производится при температуре 350 - 400°С, а в качестве указанной кремнеземистой осадочной породы используют диатомит Ильинского месторождения, содержащий в пересчете на сухое вещество, мас.%:

диоксид кремния 72,0 - 75,0
оксид алюминия 10,5 - 12,0
оксид кальция 0,5 - 0,6
оксид железа 5,0 - 5,5
оксид магния 0,3 - 0,6
оксид титана 0,71 - 0,75
примеси остальное

www.findpatent.ru


Смотрите также