Меню Закрыть

Патент на цемента

Изобретение относится к составу цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. Цемент содержит портландцементный клинкер и минеральную добавку, термообработанную при 150 — 300 o C 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.

Рисунки к патенту РФ 2116984

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 — 700 o C [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 — 300 o C 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 — 300 o C 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 — 300 o C. 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 — 300 o C 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

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве цемента. Технический результат: снижение расхода природного сырья, повышение качества цемента и упрощение технологии его изготовления. Цемент содержит портландцементный клинкер и сульфатный компонент 1-4 мас. %, при этом сульфатный компонент содержит, мас.%: гипс 30-70, фторангидрид 30-70. Цемент может дополнительно содержать 3-20 мас.% сверх 100% нефелинового шлама. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Рисунки к патенту РФ 2119897

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве вяжущих и закладных смесей, в частности цементов.

Известен цемент на основе портландцементного клинкера, содержащий в качестве компонента, обеспечивающего ускорение схватывания цемента, природный гипс в виде гипсового камня. Такой цемент не обладает достаточной прочностью, что значительно снижает область его применения [1].

Наиболее близким к описываемому является цемент[2], включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30-70, ангидрит 70-30. В известном цементе для регулирования сроков схватывания предлагается использовать смесь гипсового камня и природного ангидрита.

Технический результат, получаемый при осуществлении описываемого изобретения, выражается в снижении расхода природного сырья при сохранении свойств цемента и повышении технико-экономических показателей его производства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в цементе, включающем портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30-70, ангидрит 30-70, сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия — фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1-4% в пересчете на SO3.

Цемент может дополнительно содержать активизирующую добавку, например нефелиновый шлам, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 96-99; сульфатный компонент 1-4; нефелиновый шлам 3-20 сверх 100%.

Отход производства фтористого алюминия — фторангидрит получают в результате взаимодействия плавиковошпатового (флюоритового) концентрата с 98,5%-ной серной кислотой. При этом отходы от реакции плавиковошпатового концентрата с серной кислотой нейтрализуют, освобождая от остатков серной кислоты кальцийсодержащими материалами, например, технологической пылью электрофильтров или нефелиновым шламом глиноземного производства. Полученный продукт размельчают до размера частиц менее 30 мм.

Плавиковошпатовый концентрат имеет многокомпонентный состав, и его соединение с серной кислотой представляет собой эндотермическую реакцию со сложной кинетикой.

В результате технологического процесса переработки плавиковошпатового концентрата (СаF2) на фтористый алюминий на Ачинском заводе фтористого алюминия образуется побочный продукт — фторангидрит. В состав фторангидрита после его нейтрализации входят следующие основные компоненты, %: безводный гипс СаSO4 85-90 (в пересчете на SO3 50-56); фтористый кальций СаF2 2-5; водорастворимые соединения фтора (в пересчете на НF) 0,1-0,3; серная кислота 0-3; влажность 2-4.

ППП составляют порядка 1,5% и включают, мас.ч.: SiO2 0,3; СаО 39,3; МgO 0,4; Fe2O3 0,2; Al2O3 0,45; Р2О5 0,03; SO3 57,4.

Химический состав портландцементного клинкера, фторангидрита и гипса, использованных в описанных ниже примерах, приведены в табл.1.

В табл. 2 приведены данные, отражающие влияние состава сульфатного компонента на сроки схватывания и прочность цемента.

Пример. В качестве сырьевых материалов для получения цемента использовали портландцемент Ачинского глиноземного комбината, гипсовый камень по ГОСТ 4013-82 и фторангидрит — отход производства фтористого алюминия на Ачинском заводе фтористого алюминия, подвергнутый обработке технологической пылью цементного производства и размельченный до размеров частиц 20 мм.

Портландцементный клинкер получали путем раздельного размола сырьевых составляющих портландцементного клинкера (нефелиновый шлам, известняк, глина), их смешивания и обжига полученной сырьевой смеси до спекания. Охлажденный клинкер подавался в цементную мельницу. Фторангидрит получали в результате взаимодействия плавиковошпатового концентрата с 98,5%-ной серной кислотой на Ачинском заводе фтористого алюминия в виде побочного продукта производства.

Для нейтрализации остатков серной кислоты полученный продукт обрабатывали кальцийсодержащим веществом, в качестве которого использовали технологическую пыль с электрофильтров, установленных в системе газоочистки портландцементного клинкера. Фторангидрит измельчали до размера частиц 20 мм, смешивали с предварительно размолотым и высушенным гипсовым камнем и подавали в цементную мельницу для совместного помола с портландцементным клинкером.

По описанной технологии было приготовлено и испытано 5 составов цемента с различным соотношением гипса и фторангидрита, составляющих сульфатный компонент цемента.

Все составы были приготовлены при постоянном В/Ц соотношении, равном 0,4. Содержание щелочей в пересчете на Na2O во всех составах не превышало 1,2%.

Как видно из данных табл.2, использование в качестве сульфатного компонента для регулирования сроков схватывания цемента смеси гипсового камня с отходом производства фтористого алюминия — фторангидритом позволяет улучшить прочностные показатели цемента по сравнению с применением чистого гипсового камня, исключает трещинообразование при термовлажностной обработке, что характерно для случаев, когда в качестве сульфатного компонента используется только фторангидрит, и в то же время обеспечивает минимальную потребность в природном сырье.

Таким образом, использование описываемого изобретения позволяет повысить технико-экономические показатели производства цемента за счет уменьшения доли природного сырья и средств на его добычу, доставку и обработку (например, на предварительную сушку), а также решить экологические проблемы, связанные с образованием, накоплением, хранением и утилизацией отходов производства фтористого алюминия.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 231365, кл. С 04 В 7/00, 1966.

2. Новосадов В.К. Использование ангидрита в цементном производстве. ж. «Цемент», 1980, N 7, с.18-19.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Цемент, включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30 — 70, ангидрит 30 — 70, отличающийся тем, что сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия — фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1 — 4 мас.% в пересчете на SO3.

2. Цемент по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит активизирующую добавку, например нефелиновый шлам, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцементный клинкер — 96 — 99
Сульфатный компонент — 1 — 4
Нефелиновый шлам — 3 — 20 сверх 100%о

способ производства цемента

Настоящее изобретение относится к способу производства цемента. Способ включает кальцинирование сырьевой смеси в кальцинаторе, которую затем нагревают в обжиговой печи для получения цементного клинкера. Газ из обжиговой печи удерживают отдельно от газа в кальцинаторе, причем кальцинатор имеет множество точек ввода и нагревается за счет сжигания углеродсодержащего топлива с газом, содержащим кислород, от 0 до 80% диоксида углерода по объему, при этом подаваемый газ свободен от азота, и отделяют выделяющийся газ, содержащий диоксид углерода, полученный при сжигании и кальцинировании в кальцинаторе. Изобретение также раскрывает диоксид углерода, полученный в качестве отходящего газа из кальцинатора, установку для производства цемента. Технический результат — уменьшение выделения диоксида углерода при производстве цемента. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Рисунки к патенту РФ 2466950

Настоящее изобретение относится к способу производства цемента, в котором часть полученного диоксида углерода отделяют от других газов, участвующих в процессе производства, в газовом потоке с повышенным содержанием диоксида углерода.

При производстве цемента вырабатываются значительные количества диоксида углерода. Диоксид углерода получается двумя путями. Один из материалов в производстве цемента представляет собой карбонат кальция. Карбонат кальция нагревают для его кальцинирования и удаления диоксида углерода для получения оксида кальция. При сжигании углеродсодержащего топлива для создания высоких температур, необходимых для производства цемента, также выделяется диоксид углерода. Для обеспечения безопасности окружающей среды желательно уменьшить количество диоксида углерода, выделяемого в атмосферу.

Исходные материалы для производства цемента, которые включают карбонат кальция, обычно перемешивают, высушивают и перемалывают до получения «сырьевой смеси», которую затем перерабатывают до получения клинкера, основного компонента цемента. На стадии предварительного нагревания сырьевую смесь нагревают до температуры, несколько меньшей, чем температура кальцинирования. Затем ее помещают в кальцинатор, где происходит дальнейшее нагревание, и, как только температура повышается, происходит кальцинирование карбоната кальция до оксида кальция и выделяется диоксид углерода. Кальцинированную сырьевую смесь помещают в обжиговую печь, где ее нагревают до более высоких температур до получения клинкера, который в дальнейшем перемалывают до получения порошкообразного цемента.

В качестве источника кислорода для сжигания топлива для обеспечения тепла для кальцинатора и обжиговой печи обычно используют воздух. Основные газы, присутствующие в воздухе, представляют собой азот (приблизительно 80% по объему) и кислород (приблизительно 20% по объему).

Смотрите так же:  Как красиво оформить детский стол

Сжигание твердого или жидкого топлива на основе углерода можно описать следующим уравнением:

Объем твердого или жидкого топлива пренебрежимо мал по сравнению с объемом участвующих газов. Из одной объемной доли кислорода получают одну объемную долю диоксида углерода. Азот, присутствующий в воздухе, используемом для сжигания, в процессе сжигания не участвует. После сжигания газовый поток содержит приблизительно 80% азота по объему и приблизительно 20% диоксида углерода. Общий объем газа увеличивается за счет полученного тепла. При сжигании твердого или жидкого топлива на основе углеводородов водород, присутствующий в топливе, соединяется с кислородом в соответствии с уравнением:

Полученная вода находится в газообразном состоянии и, следовательно, выступает в качестве газообразного разбавляющего вещества для диоксида углерода, который также образуется. Из одной объемной доли кислорода получают две объемные доли газообразной воды, причем объем твердого или жидкого топлива на основе углеводородов пренебрежимо мал по сравнению с объемами участвующих газов. Следовательно, газообразная вода влияет на увеличение объема газа, полученного при сжигании, по сравнению с объемом использованного кислорода. Ее, однако, можно легко отделить от диоксида углерода простым охлаждением на более поздней стадии процесса. Общий объем газа увеличивается на стадии сжигания из-за повышенной температуры.

В смеси газов со стадии кальцинирования и стадии сжигания топлива диоксид углерода обычно присутствует в количестве от 14 до 33% по объему. Другая основная составляющая газа представляет собой азот. Хотя смесь азота и диоксида углерода можно разделить и диоксид углерода хранить для предотвращения его высвобождения в атмосферу, энергия, необходимая для разделения, слишком высока, чтобы этот процесс был целесообразным. Если удалить азот из воздуха и полученный в значительной степени чистый кислород использовать для сжигания топлива, азот не будет присутствовать в качестве разбавляющего вещества для полученного диоксида углерода.

Если вместо воздуха для сжигания всего топлива, необходимого для производства цемента, использовать кислород, могут возникнуть дополнительные затраты. В дополнении, процесс сгорания, в котором участвуют неразбавленный кислород, обычно протекает очень активно, и при этом достигаются очень высокие температуры, что может повредить производственную установку или сократить срок ее эксплуатации.

Настоящее изобретение призвано уменьшить выделение диоксида углерода при производстве цемента за счет использования кислорода для сжигания только части топлива, необходимого для производства цемента, и за счет отделения газа со стадии кальцинирования от газа из обжиговой печи, где получают клинкер. Данный способ можно использовать в известном сухом процессе и в других процессах, например мокром процессе. Использование кислорода, в значительной степени чистого или в смеси с диоксидом углерода, в кальцинаторе в сочетании с отделением газа, выходящего из кальцинатора, обладает преимуществами с точки зрения безопасности окружающей среды.

Соответственно, настоящее изобретение предлагает способ производства цемента, который включает в себя кальцинирование сырьевой смеси, содержащей карбонат кальция, в кальцинаторе, нагреваемом за счет сжигания углеродсодержащего топлива с газом, содержащим кислород, от 0 до 80% диоксида углерода по объему и в значительной степени свободного от азота, и выделение газа, полученного при сжигании и кальцинировании в кальцинаторе.

Поток сырьевой смеси обычно аналогичен таковому в известных процессах по производству цемента. В таких процессах сырьевую смесь нагревают в устройстве для предварительного подогрева, например в устройстве для предварительного подогрева циклонного типа, и затем ее помещают в кальцинатор, например кальцинатор горшкового типа. Сырьевую смесь из кальцинатора помещают в обжиговую печь. В устройство для предварительного подогрева поступает горячий газ из обжиговой печи и из кальцинатора.

В способе по настоящему изобретению газ из кальцинатора включает в себя значительную долю диоксида углерода и пригоден, после соответствующей обработки (например, охлаждения и пылеулавливания), для хранения или другого использования без высвобождения в атмосферу.

Температура диоксида углерода, выходящего из кальцинатора, обычно составляет от 800 до 900°C. Газ можно охладить, например, в парогенераторе для получения электроэнергии. Для уменьшения поступления газа, который может понизить процентное содержание диоксида углерода, предпочтительно избегают пониженного давления в парогенераторе. Парогенератор предпочтительно работает при повышенном давлении. Газ затем предпочтительно подвергают пылеулавливанию перед хранением, например, в подземном геологическом хранилище, например в исчерпанных газовых или нефтяных месторождениях, или другим применением без высвобождения в атмосферу.

Газ, используемый для поддержания процесса сгорания топлива, предпочтительно включает в себя по крайней мере 50% кислорода по объему, например по крайней мере 80%, предпочтительно по крайней мере 90%, наиболее предпочтительно по крайней мере 95%. Он в значительной степени свободен от азота. Он может содержать диоксид углерода, например диоксид углерода, выделенный из газового потока, выходящего из кальцинатора. Такой диоксид углерода можно вводить в кальцинатор отдельно от обогащенного кислородом газа или в смеси с ним. Кислород можно вводить, например, с газом, выделенным из кальцинатора, обычно из нижней части кальцинатора. Его также можно вводить в одной или нескольких точках, расположенных практически на одном уровне со сжигателем или каждым из них. Как диоксид углерода, так и топливо можно вводить в одной или нескольких точках ввода.

Наличие множества точек ввода в кальцинатор упрощает регулирование температуры, которая в противном случае может возрасти слишком сильно, когда газ для сжигания топлива содержит большую долю кислорода. Кальцинирование карбоната кальция до оксида кальция и диоксида углерода представляет собой эндотермический процесс: введение сырьевой смеси в одной или множестве входных отверстий может, следовательно, использоваться для регулирования температуры.

Количество кислорода контролируют для обеспечения наиболее полного сгорания топлива при уменьшении избытка кислорода.

Сырьевую смесь для кальцинирования обычно высушивают на стадии предварительного нагревания. Кальцинированную сырьевую смесь из кальцинатора переносят в обжиговую печь для получения клинкера. Тепло для обжиговой печи получают путем сжигания топлива в кислородсодержащем газе, обычно воздухе.

Тепло, необходимое для предварительного нагревания, обычно получают из газа из обжиговой печи. Максимальную температуру в ходе предварительного нагревания предпочтительно контролируют во избежание преждевременного кальцинирования и высвобождения диоксида углерода. Температура сырьевой смеси, выходящей из устройства для предварительного подогрева, предпочтительно меньше чем приблизительно 800°C, обычно меньше чем приблизительно 750°C. Топливо, используемое для кальцинирования и для обжиговой печи, может быть одним и тем же или различным, но обычно оно одно и то же. Если газ после кальцинирования предназначен для хранения или утилизации, например, под землей, допустимо наличие незначительных количеств оксидов серы и/или азота, в этом случае топливо может содержать материалы, содержащие серу и/или азот. Такие топлива обычно дешевле. Содержание серы в топливе предпочтительно низкое (меньше 6%). Содержание азота в топливе предпочтительно низкое (меньше 1,5%). Если после кальцинирования требуется получить диоксид углерода высокой чистоты, предпочтительно используют топливо, которое в значительно степени свободно от азота и серы. Следовательно, также предпочтительна сырьевая смесь, в значительной степени свободная от этих элементов. Сырьевая смесь предпочтительно содержит мало сульфата кальция и серного колчедана.

Используемое топливо предпочтительно представляет собой уголь или нефтяной кокс. Также можно использовать отходы, используемые в качестве топлива, но при этом необходим строгий контроль сгорания.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить газовый поток из кальцинатора с повышенным содержанием диоксида углерода. Изобретение направлено на обеспечение такого газового потока, который включает в себя по крайней мере 90% диоксида углерода по объему предпочтительно по крайней мере 95%, например от 92 до 93%.

Кальцинирование обычно проводят путем введения предварительно нагретой сырьевой смеси в газовый поток, обычно восходящий газовый поток. Газовый поток обычно получают при сжигании топлива. При необходимости, для удержания сырьевой смеси в восходящем газовом потоке часть газа, содержащего диоксид углерода и выходящего из кальцинатора, можно рециркулировать и повторно вводить в восходящий газовый поток.

Скорость газового потока, необходимая для удержания сырьевой смеси, зависит от, например, степени дисперсности смеси. Степень дисперсности сырьевой смеси, используемой в способе по настоящему изобретению, может изменяться; можно использовать известную степень дисперсности. Сырьевую смесь с небольшим размером частиц предпочтительно используют для облегчения переноса смеси газовым потоком. Преимущественно используют смесь, оставляющую 10% от массы на сите 75 микрон (200 меш). В общем случае, один кубический метр газа (объем при стандартных температуре и давлении), проходящий через кальцинатор, будет удерживать 2 кг сырьевой смеси. Когда газовый поток рециркулируют, газообразная вода, которая может образовываться при сжигании топлива, может также вносить вклад в объем рециркулируемого газа. Концентрация диоксида углерода в кальцинаторе соответственно понижается.

Время удержания сырьевой смеси в кальцинаторе относительно мало, например 5-6 секунд. Высокая концентрация диоксида углерода в газовом потоке, переносящем сырьевую смесь, может уменьшить скорость, с которой диоксид углерода выделяется при кальцинировании при данной температуре. Если концентрация диоксида углерода в газовом потоке высока, может быть желательным поднять температуру для обеспечения желаемой степени кальцинирования сырьевой смеси, пока она находится в кальцинаторе. Концентрацию диоксида углерода в газовом потоке, проходящем через кальцинатор, обычно поддерживают на максимально низком уровне, подходящем для эффективного переноса смеси через кальцинатор и желаемой степени кальцинирования.

Степень кальцинирования смеси, выходящей из кальцинатора, обычно составляет по крайней мере 60%, например от 70 до 80%, предпочтительно по крайней мере 90%. Может быть желательным поддерживать степень кальцинирования равной 80% или более по массе, оставляя вплоть до 20% остаточного диоксида углерода в смеси, например от 92 до 95%, оставляя от 5 до 8% остаточного диоксида углерода в сырьевой смеси, выходящей из кальцинатора.

Отсутствие таких материалов, как основания, сульфаты и хлориды, в газовом потоке в кальцинаторе облегчает работу с ним. В известных процессах такие материалы могут присутствовать в газе, выходящем из печи.

Кальцинатор, используемый в способе по настоящему изобретению, может быть кальцинатором известного типа, например кальцинатор горшкового типа. Попадание воздуха в кальцинатор предпочтительно избегают. Это облегчается путем контроля за давлением во всем процессе производства цемента. Для понижения поступления воздуха в ходе процесса в кальцинаторе желательно поддерживать чуть более низкое давление, чем во входном отверстии обжиговой печи. Понижение обычно составляет менее 1 миллибара, например приблизительно 0,3 миллибара.

Новый кальцинатор для работы в соответствии с настоящим изобретением может быть установлен для параллельной работы с существующим кальцинатором. Поток сырьевой смеси из устройства для предварительного подогрева затем разделяют между новым и существующим кальцинаторами. Всю смесь или ее часть, например 20% или более, предпочтительно вплоть до 50%, можно подводить к новому кальцинатору. Общее выделение диоксида углерода в атмосферу со стадии кальцинирования может быть, следовательно, уменьшено примерно пропорционально потоку сырьевой смеси к новому и существующему кальцинаторам. Аналогичным образом, изобретение можно приспособить для существующего циклонного теплообменника в процессе обжига.

Изобретение дополнительно показано на приложенных чертежах, на которых:

на фиг.1 представлен способ по настоящему изобретению при помощи диаграммы;

на фиг.2 представлено более подробно устройство для предварительного подогрева для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 представлена более подробно схема кальцинатора для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.4 показана установка для производства цементного клинкера, включающая в себя устройство для предварительного подогрева, изображенное на фиг.2, и кальцинатор, изображенный на фиг.3, для осуществления способов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.1 сырьевую смесь вводят в устройство для предварительного подогрева (1). Предварительно нагретая смесь поступает из устройства для предварительного подогрева (1) в кальцинатор (3), как изображено стрелкой между ними. Горячий газ из устройства для предварительного подогрева (1) выходит по линии (2). Предварительно кальцинированная смесь из кальцинатора (3) поступает в обжиговую печь (4), как изображено стрелкой. Газы с высоким содержанием диоксида углерода выводят из кальцинатора (3) при помощи вентилятора (5). Газы с линии (2) выводят при помощи вентилятора (6) к мельнице для производства сырьевой смеси.

На фиг.2 составные части (2), (3), (4), (5) и (6) такие же, как и на фиг.1. Сырьевая смесь последовательно проходит через циклоны (7), (8), (9), (10) и (11) и затем поступает в кальцинатор (3). Горячий газ из обжиговой печи (4) проходит через вертикальную трубу (12) к циклону (11); горячий газ из циклона (11) проходит через вертикальную трубу (13) к циклону (10); горячий газ из циклона (10) проходит через вертикальную трубу (14) к циклону (9); горячий газ из циклона (9) проходит через вертикальную трубу (15) к циклонам (7) и (8).

Смотрите так же:  Приказ о курении в автомобиле

Свежая сырьевая смесь поступает в вертикальную трубу (15) и поднимается к циклонам (7) и (8); смесь из циклонов (7) и (8) поступает в вертикальную трубу (14) и поднимается горячим газом в циклон (9); смесь из циклона (9) поступает в вертикальную трубу (13) и поднимается в циклон (10); смесь из циклона (10) поступает в вертикальную трубу (12) и поднимается в циклон (11); смесь из циклона (11) поступает в кальцинатор (3).

На фиг.3 составные части (1), (2), (3), (4) и (6) такие же, как и на фиг. 1 и 2. Топливо для кальцинатора поступает в кальцинатор (3) по линии (13). Кислород вводят по линии (14). Рециркулируемый газ, содержащий диоксид углерода, поступает в кальцинатор (3) по линии (15). Газы и предварительно кальцинированная смесь выходят из кальцинатора (3) и поступают в циклон (16). Предварительно кальцинированная смесь проходит от циклона (16) к обжиговой печи (4). Отделенный газ, содержащий диоксид углерода, выходит из циклона (16) по линии (17). Газ на линии (17) разделяют на два потока. Первый поток от линии (17) проходит в паронагреватель (18) и затем к вентилятору для обмена (19). Газ, выходящий из вентилятора для обмена (19), разделяют на два потока. Первый поток выходит из вентилятора для обмена (19) по линии (20). Данный первый поток, выходящий по линии (20), представляет собой желаемый газ, обогащенный диоксидом углерода, по способу в соответствии с настоящим изобретением. Второй поток газа от вентилятора для обмена (19) выходит по линии (21). Второй газовый поток от линии (17) проходит к линии (21) по линии (22). Объединенные газовые потоки из линий (21) и (22) поступают к кальцинатору (3) с помощью вентилятора для рециркуляции (23) и линии (15).

На фиг.4 изображена установка для производства цемента, включающая в себя составные части с фиг. 1, 2 и 3. Топливо для обжиговой печи поступает в обжиговую печь (4) по линии (24). Клинкер, полученный в обжиговой печи (4), поступает в устройство для охлаждения клинкера (25). Отработавший газ выходит из устройства для охлаждения клинкера (25) по линиям (26) и (27). Газовый поток на линии (27) разделяют на два потока. Первый поток используют для охлаждения газов, выходящих из обжиговой печи (4) по линии (28). Температуру горячего газа, поступающего к устройству для предварительного подогрева (3), контролируют путем регулирования потоков газа по линиям (27) и (28). Второй поток (29) поступает в линию (2) и используется для высушивания исходного материала в мельнице, производящей сырьевую смесь.

Настоящее изобретение также предоставляет установку для производства цемента, работающую в соответствии со способом по настоящему изобретению, цемент, полученный при помощи установки для производства цемента в соответствии с настоящим изобретением, и устройство и способ для производства цемента в соответствии с настоящим изобретением, описанным здесь с отсылкой к одной или более из Фиг. 1-4 приложенных чертежей.

В данном описании и приложенной формуле изобретения, если не указано обратное, температуры в ходе процесса производства цемента измерены известным образом, например при помощи термопары или пирометрии; содержание газов приведено в процентах по объему.

Следующий Пример иллюстрирует изобретение, но не ограничивают его.

Сырьевую смесь перемалывают, и перемолотую смесь затем подводят к верхней части устройства для предварительного подогрева (1). Устройство для предварительного подогрева включает в себя серию циклонов (7)-(11) и соединяющие трубы (12), (13), (14) и (15) (вертикальные трубы). В устройство для предварительного подогрева (1) поступает горячий газ из обжиговой печи. Сырьевая смесь нагревается, пока газы охлаждаются в вертикальных трубах, и циклоны (7-11) улавливают смесь, так что она поступает на следующую более низкую ступень.

Газы, которые проходят через устройство для предварительного подогрева (1), — это газы только из обжиговой печи (4). Газы из кальцинатора (3) удерживаются в отдельном потоке.

Когда сырьевая смесь выходит из нижней части устройства для предварительного подогрева (1), она поступает в кальцинатор (3) с температурой от приблизительно 750°C до 800°C. На данной стадии степень предварительного кальцинирования будет меньше чем приблизительно 10 процентов, поскольку температура удерживается ниже 800°C. Как только газы выходят из обжиговой печи (4) при температуре, равной приблизительно 1100°C, более холодный отходящий газ (из устройства для охлаждения клинкера) при температуре от приблизительно 400°C до 500°C можно добавить на данном этапе до того, как газ поступает в устройство для предварительного подогрева (1), для уменьшения температуры и поддержания низкой степени предварительного кальцинирования. Газы, выходящие из верхней части устройства для предварительного подогрева (1), находятся при температуре, равной приблизительно 300°C, а содержание диоксида углерода составляет около 18 процентов по объему. При необходимости их можно использовать в качестве дополнения на стадии высушивания исходного материала.

Сырьевая смесь поступает в кальцинатор (3) и распыляется во входящих газах, которые рециркулируют от выходного отверстия кальцинатора после частичного охлаждения, и во введенном кислороде. Поскольку цель заключается в получении высокой концентрации диоксида углерода в отработанных газах, вместо воздуха, содержащего значительное количество азота, для сжигания топлива для кальцинатора используют кислород. Поток топлива к кальцинатору (3) контролируют для обеспечения постоянной температуры выходящего газа для поддержания постоянного предварительного кальцинирования, что желательно для стабильности обжиговой печи.

Степень предварительного кальцинирования сырьевой смеси задается равной около 92% во избежание любых сложностей, связанных с накоплением в кальцинаторе (3). Предварительно кальцинированную сырьевую смесь после кальцинатора собирают в циклоне (16) и затем подводят к обжиговой печи (4). Выгодно использовать обычный уголь с низким содержанием азота для уменьшения загрязнения выходящих газов. После циклона (16) кальцинатора часть газов, которые содержат больше 90% диоксида углерода по объему, подводят к входному отверстию кальцинатора по линии (15), а оставшийся газ затем охлаждают для дальнейшего использования. Охлаждение осуществляют с использованием теплообменника, включающего в себя паронагреватель (18), для уменьшения подсоса воздуха в ходе процесса. Для этого также помогает работа системы при несколько отрицательном давлении. При использовании пара из теплообменника можно вырабатывать электричество. После теплообмена некоторая доля газов повторно подводится к входному отверстию устройства для предварительного подогрева для контроля температуры в вентиляторе для рециркуляции, а остальное поступает для дальнейшей обработки.

Сырьевая смесь, поступающая в обжиговую печь, образует цементный клинкер обычным образом. Устройство для охлаждения клинкера работает обычным образом за исключением того, что количество газа и температура немного выше нормы, поскольку в кальцинаторе (3) не используют третичного воздуха из обжиговой печи (4). Часть газа из устройства для охлаждения клинкера (25) можно использовать для охлаждения газа обжиговой печи перед тем, как он поступает в устройство для предварительного подогрева, а оставшуюся часть можно использовать для высушивания исходного материала.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ производства цемента, в котором кальцинируют сырьевую смесь, содержащую карбонат кальция, в кальцинаторе для производства кальцинированной сырьевой смеси, которую затем нагревают в обжиговой печи для получения цементного клинкера, при этом газ из обжиговой печи удерживают отдельно от газа в кальцинаторе, причем кальцинатор имеет множество точек ввода и нагревается за счет сжигания углерод-содержащего топлива с газом, содержащим кислород, от 0 до 80% диоксида углерода по объему, при этом подаваемый газ свободен от азота, и отделяют выделяющийся газ, содержащий диоксид углерода, полученный при сжигании и кальцинировании в кальцинаторе.

2. Способ по п.1, в котором при сжигании используют газ, включающий в себя от 90 до 100% кислорода.

3. Способ по п.1 или 2, в котором сырьевую смесь вводят в кальцинатор во множестве точек.

4. Способ по п.1 или 2, в котором подаваемый газ вводят в кальцинатор во множестве точек.

5. Способ по п.3, в котором подаваемый газ вводят в кальцинатор во множестве точек.

6. Способ по п.4, в котором кислород и диоксид углерода в подаваемом газе вводят в кальцинатор по отдельности.

7. Способ по п.5, в котором кислород и диоксид углерода в подаваемом газе вводят в кальцинатор по отдельности.

8. Способ по п.4, в котором отходящий газ включает в себя по крайней мере 90% диоксида углерода.

9. Способ по любому из пп.5-7, в котором отходящий газ включает в себя по крайней мере 90% диоксида углерода.

10. Способ по п.4, в котором степень кальцинирования в кальцинаторе удерживают равной 80% или более по массе, оставляя 20% остаточного диоксида углерода в смеси.

11. Способ по любому из пп.5-8, в котором степень кальцинирования в кальцинаторе удерживают равной 80% или более по массе, оставляя 20% остаточного диоксида углерода в смеси.

12. Способ по п.9, в котором степень кальцинирования в кальцинаторе удерживают равной 80% или более по массе, оставляя 20% остаточного диоксида углерода в смеси.

13. Способ по п.4, в котором кальцинатор работает при пониженном давлении газа, меньшем на 1 миллибар относительно давления газа в обжиговой печи.

14. Способ по любому из пп.5-8, 10 или 12, в котором кальцинатор работает при пониженном давлении газа, меньшем на 1 миллибар относительно давления газа в обжиговой печи.

15. Способ по п.9, в котором кальцинатор работает при пониженном давлении газа, меньшем на 1 миллибар относительно давления газа в обжиговой печи.

16. Способ по п.11, в котором кальцинатор работает при пониженном давлении газа, меньшем на 1 миллибар относительно давления газа в обжиговой печи.

17. Диоксид углерода, полученный в качестве отходящего газа из кальцинатора в соответствии со способом по любому из предыдущих пунктов.

18. Установка для производства цемента, работающая в соответствии со способом в соответствии с любым из пп.1-16.

19. Цемент, получаемый при помощи установки для производства цемента по п.18.

Патент на цемента

  1. Главная
  2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2008119308/03, 15.05.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
15.05.2008

(46) Опубликовано: 20.01.2010

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 4933013 A, 12.06.1990. RU 2207995 C2, 10.07.2003. RU 2132317 C1, 27.06.1999. SU 1766868 A1, 07.10.1992. RU 2302398 C1, 10.07.2007. KZ 11970 A, 16.09.2002.

Адрес для переписки:
420110, Республика Татарстан, г.Казань, а/я 2, пат.пов. Н.С.Гайнутдиновой, рег. 256

(72) Автор(ы):
Хозин Вадим Григорьевич (RU),
Хохряков Олег Викторович (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Сибгатуллин Ильгизар Раифович (RU),
Хозин Вадим Григорьевич (RU),
Хохряков Олег Викторович (RU)

(54) ЦЕМЕНТ НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к технологии вяжущих материалов и может быть использовано при производстве самоуплотняющихся, высокопрочных и высококачественных бетонов. Способ получения цемента низкой водопотребности включает совместный помол портландцемента с органическим водопонижающим реагентом до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг и их помол с добавлением минерального наполнителя карбонатсодержащего материала с долей карбоната кальция не менее 60 мас.% до указанной удельной поверхности при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент — 50-70, карбонатсодержащий материал — 30-50, органический водопонижающий реагент — 0,3-3,0 сверх 100%. Цемент низкой водопотребности получен описанным выше способом. Технический результат — дополнительное уменьшение водопотребности, повышение плотности цементного теста, прочности цементного камня, улучшение реологических характеристик. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии вяжущих материалов и может быть использовано при производстве самоуплотняющихся, высокопрочных и высококачественных бетонов.

Известны составы цементов низкой водопотребности, включающие бездобавочный портландцемент или портландцементный клинкер с минеральными кремнеземистыми добавками (шлак, зола, туф, песок и др.), с органическими водопонижающими реагентами на основе нафталинсульфокислоты с формальдегидом, минеральный активный (гранулированный доменный шлак, зола и др.) и/или инертный (кварцевый песок, хвосты обогащения руд) наполнители. Известны также способы их изготовления, включающие совместный помол указанных компонентов (см. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1998, 768 с., стр.593-611).

Смотрите так же:  Как рассчитать декретное пособие по беременности и родам

Наиболее близким аналогом для заявляемого состава цемента низкой водопотребности является состав, отраженный в Описании к патенту России 2207995 «Способ изготовления цемента низкой водопотребности», МПК7 С04В 7/52, опубл. 10.07.2003, согласно которому цемент низкой водопотребности включает щелочесодержащий портландцементный клинкер с сульфатно-кальциевым ингредиентом, минеральный кремнеземистый наполнитель, модификатор, содержащий органический водопонижающий реагент, причем на 100 массовых частей портландцемента берут 5-850 мас. частей минерального кремнеземистого наполнителя, взятого из группы: гранулированный доменный шлак, зола-унос, вулканический пепел, пемза, туф, кварцевый песок, полевошпатный песок, высевки от дробления гранита, хвосты обогащения руд, стеклобой, кирпичный бой, керамзитовая или стеклокерамзитовая пыль и др., 0,6-2,5 мас. частей органического водопонижающего реагента, взятого из группы: соли щелочных и/или щелочноземельных металлов продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом или продукта конденсации меламинсодержащих смол с формальдегидом, или комплексные соли щелочноземельных металлов и серной и/или азотной, и/или муравьиной, и/или уксусной кислот и низкомолекулярных сахаридов с числом атомов углерода 3-5.

Наиболее близким аналогом способа изготовления цемента низкой водопотребности является описание к патенту России. 2207995 «Способ изготовления цемента низкой водопотребности», МПК7 С04В 7/52, опубл. 10.07.2003, согласно которому путем механохимической обработки осуществляют совместный помол ингредиентов: портландцементного клинкера, сульфатно-кальциевого ингредиента, модификатора с ускорителем твердения и органическим водопонижающим реагентом при их соотношении 100:(1-7):(0,6-2,5) мас. частей до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг. В качестве портландцементного клинкера используют гранулированный продукт обжига цементной сырьевой смеси, имеющей в своем составе обожженные примеси сульфатов и карбонатов щелочных металлов. Дополнительно вводят активный минеральный наполнитель на 100 мас. частей клинкера от 5 до 850 мас. частей, в качестве которого используют компоненты из группы: гранулированный доменный шлак, топливный шлак, зола-унос, вулканический пепел, пемза, туф, кварцевой песок, полевошпатовый песок, высевки от дробления гранита, хвосты обогащения руд, стеклобой, кирпичный бой, керамзитовая или стеклокерамзитовая пыль.

Недостатками прототипа для состава цемента и способа его изготовления являются повышенная водопотребность (нормальная густота) цемента, недостаточно высокие реологические характеристики цементных систем, а именно высокое предельное напряжение сдвига, небольшой расплыв цементных систем, а также их невысокая прочность. Это объясняется использованием в их составе кремнеземистых минеральных наполнителей, в которых доля оксида кремния превышает 80%, отличающихся высокой влагоемкостью, что ведет к повышению водопотребности цементных систем и ухудшению их реологических характеристик. На поверхности твердой фазы указанных компонентов образуется сольватная оболочка, состоящая из адсорбционно-связанной воды, по объему сопоставимой с объемом частицы. При этом количество свободной воды, предопределяющей текучесть цементных систем, сокращается на величину, сопоставимую с объемом минерального наполнителя. Поэтому с увеличением доли кремнеземистого наполнителя в цементе требуемая подвижность бетонной смеси достигается при более высокой его водопотребности. С увеличением кремнеземистого минерального наполнителя до 70% нормальная густота теста возрастает до 20,8%, а водоредуцирующая способность водопонижающего реагента в цементе низкой водопотребности снижается до 20%.

Задачей изобретения является получение цемента низкой водопотребности с пониженной водопотребностью путем уменьшения адсорбционно-связанной воды на поверхности твердой фазы минерального наполнителя этого цемента, улучшающего реологические характеристики бетонных смесей.

Задача решается составом цемента низкой водопотребности, содержащего портландцемент, минеральный наполнитель и органический водопонижающий реагент, удельная поверхность которых составляет 400-700 м 2 /кг, который в отличие от прототипа получен путем совместного помола портландцемента с органическим водопонижающим реагентом до указанной удельной поверхности, а затем их помола с добавлением минерального наполнителя до указанной удельной поверхности, причем в качестве минерального наполнителя взят карбонатсодержащий материал с долей карбоната кальция в материале не менее 60%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 50-70, карбонатсодержащий материал 30-50, органический водопонижающий реагент 0,3-3,0% от массы цемента низкой водопотребности, сверх 100%.

Меньшая поверхностная энергия карбонатсодержащих материалов в сравнении с кремнеземистыми приводит к меньшей адсорбции воды на их поверхности, адсорбционный слой становится тоньше, и большее количество воды остается в свободном состоянии, обеспечивается больший эффект пластификации.

Задача решается также способом получения цемента низкой водопотребности, в котором осуществляют помол портландцемента, минерального наполнителя и органического водопонижающего реагента до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг. Способ согласно изобретению отличается от известного тем, что в качестве минерального наполнителя берут карбонатсодержащий материал с долей карбоната кальция не менее 60%, сначала осуществляют совместный помол портландцемента с органическим водопонижающим реагентом до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг, а затем их помол с добавлением указанного карбонатсодержащего материала до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг, при следующем соотношении, мас.%: портландцемент 50-70, карбонатсодержащий материал 30-50, органический водопонижающий реагент 0,3-3,0% от массы цемента низкой водопотребности, сверх 100%.

Иной порядок помола исходных компонентов цемента связан с различием по твердости их частиц. Твердость по шкале Мооса для портландцементного клинкера составляет 5-6, а для карбонатсодержащих материалов она не превышает 3,5. Поэтому карбонатсодержащий материал при совместном помоле с портландцементом измельчится сильнее как более мягкий материал. Слабый помол портландцемента приведет к меньшему образованию активных цементных зерен, отвечающих за высокую гидравлическую активность цемента низкой водопотребности и повышенные физико-механические характеристики затвердевшего бетона на таком цементе. Исходя из этого, необходим раздельный помол исходных компонентов, состоящий в предварительной активации портландцемента в присутствии водопонижающего реагента и в последующем помоле с ними карбонатсодержащего материала до получения удельной поверхности цемента низкой водопотребности 400-700 м 2 /кг. Кроме того, достоинством раздельного помола является его экономическая целесообразность, состоящая в уменьшении нагрузки на мельницу и затрат машинного времени на помол твердых материалов.

Для приготовления цемента низкой водопотребности использовали:

— портландцемент марок ПЦ500Д0 ГОСТ 10178-85, ПЦ400Д0;

— портландцементный клинкер — гранулированный продукт обжига цементной сырьевой смеси, имеющей в своем составе обожженные примеси сульфатов и карбонатов щелочных металлов с сульфатно-кальциевым ингредиентом, взятыми в соотношении 90:10-97:3, причем сульфатно-кальциевый ингредиент представляет собой двуводный гипс или химический гипс, взятый из группы химических гипсов: фосфогипс, борогипс, титаногипс;

— карбонатсодержащий минеральный материал — известняковая порода Серафимского месторождения республики Башкортостан; химический состав породы, мас.%: CaCO3 78-94, MgCO3 3-16, глинистые примеси 5,1-8,9, а также известняк, мрамор, мел, доломитизированный известняк.

В качестве органического водопонижающего реагента использованы материалы из группы солей щелочноземельных и/или щелочных металлов:

— продукт конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом — суперпластификатор С-3 ТУ 6-36-0204229-625;

— продукт конденсации меламинсодержащих смол с формальдегидом;

— продукт на основе сульфированных ароматических отходов промышленности органического синтеза ТУ 025739-008-39389126-02 (натриевая соль продуктов конденсации сульфированных отходов производства фенола с формальдегидом, содержащий SO3-группы в составе бензольного кольца);

— продукт поликонденсации на основе модифицированного поликарбоксилата — гиперпластификатор Melflux 2651F производства Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия).

Цемент низкой водопотребности получали следующим образом.

Перед процедурой помола известняковую породу сначала высушивали при температуре 105-110°С до постоянной массы и далее дробили до получения зерен крупностью не более 2,5 мм. Затем в пружинной мельнице осуществляли совместный помол портландцемента и водопонижающего реагента до удельной поверхности

Далее в мельницу добавляли карбонатсодержащий минеральный материал и осуществляли помол портландцемента и водопонижающего реагента совместно с карбонатсодержащим минеральным материалом до удельной поверхности 550 м 2 /г.

Реологические характеристики измеряли следующим образом.

Нормальную густоту (НГ) цементного теста определяли согласно ГОСТ 310.3.

Водоредуцирующий эффект Вд, %, рассчитывали по формуле

Вд=(НГн-НГк)·100%/НГн,

где НГн и НГк — нормальные густоты соответственно цементного теста, приготовленного из портландцемента (состав 1 табл.1), и цементного теста, приготовленного из цемента низкой водопотребности.

Реологическую способность (РЦ) оценивали по расплыву миницилиндра полученного цементного теста с водоцементным отношением В/Ц=0,3 согласно методике, разработанной на Кафедре технологии бетона, керамики и вяжущих Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (видоизмененный вискозиметр Суттарда диаметром d=10 мм и высотой h=40 мм) (см. Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. Научное издание. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006, — 368 с.), а также по изменению величины предельного напряжения сдвига то по формуле:

=hd 2 /kD 2 ,

где — предельное напряжение сдвига цементного теста, Па;

h и d — соответственно высота и диаметр миницилиндра, м;

— плотность цементного теста, кг/м 3 ;

k=2 — коэффициент, учитывающий перераспределение напряжений в вязкопластичных телах;

D — диаметр расплыва цементного теста, м.

Усиление реологической способности P для цементного теста рассчитывали по формуле:

P=РЦк/РЦн,

где РЦк и РЦн — расплывы миницилиндра цементного теста, изготовленного из портландцемента и цемента низкой водопотребности соответственно.

Для определения плотности цементного теста нормальной густоты использовали мерный цилиндр объемом 10 см 3 . Цилиндр взвешивали и заполняли цементным тестом в три слоя до отметки 10 см 3 . После укладки каждого слоя цилиндр с цементным тестом встряхивали и постукивали о жесткое основание. Далее цилиндр с цементным тестом снова взвешивали. Плотность цементного теста в г/см 3 определяли по следующей формуле:

см=(m-m1)/V,

где см — плотность цементного теста;

m — масса мерного цилиндра с цементным тестом, г;

m1 — масса мерного цилиндра без цементного теста, г;

V — вместимость мерного цилиндра.

Прочность цементного камня через 28 суток определяли путем сжатия образцов 2×2×2 см, изготовленных из цементного теста нормальной густоты по ГОСТ 310.3-76. Условия твердения образцов — нормальные (влажность 100%, температура окружающей среды 22-24°С).

Предел прочности при сжатии определяли согласно ГОСТ 310.4.

Сущность изобретений поясняется примерами выполнения составов цементов низкой водопотребности, отраженных в Таблице 1. В Таблице 2 даны характеристики составов в соответствии с Таблицей 1.

Пример 1 касается изготовления обычного цемента без минеральных добавок и органического водопонижающего реагента. Брали портландцемент 100 мас.% и затворяли его водой до получения цементного бетона нормальной густоты.

Пример 2 касается приготовления состава прототипа — цемента низкой водопотребности из портландцемента, 50 мас.%, минеральной кремнеземистой добавки, 50 мас.%, в виде песка кварцевого и органического водопонижающего реагента — пластификатора С-3. Для получения цемента низкой водопотребности в пружинную мельницу одновременно загружали все исходные компоненты и осуществляли их совместный помол до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг, которую контролировали на приборе для измерения удельной поверхности среднемассового размера частиц ПСХ-8А. После помола готовый цемент извлекали и затворяли водой до получения теста нормальной густоты.

Пример 3, как и последующие примеры 4-6, 11, 12, касается приготовления цемента низкой водопотребности из портландцемента, 50 мас.%, карбонатсодержащего известняка Серафимовского месторождения, 50 мас.%, и органических водопонижающих реагентов — продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом — суперпластификатора С-3 ТУ 6-36-0204229-625, и гиперпластификатора Melflux 2651F, взятых в количестве 0,3-3,0% от получаемой массы цемента низкой водопотребности. Сначала в мельницу загружали портландцемент с пластификатором, далее осуществляли их совместный помол до удельной поверхности 550 (для примеров 11, 12 — 400 и 700 м 2 /кг соответственно), а затем производили дозагрузку мельницы известняком и производили домол указанных материалов до получения цемента низкой водопотребности до удельной поверхности 550 (для примеров 11, 12 — 400 и 700 м 2 /кг соответственно).

Примеры 7-10 аналогичны примерам 3-6, 11, 12, с той разницей, что брали большее количество портландцемента — 70 мас.% и меньшее количество 30 мас.% карбонатсодержащего минерального наполнителя.

Сопоставление результатов испытаний прототипа и предлагаемого решения показывает, что в результате использования карбонатсодержащего материала в качестве минерального наполнителя вместо кремнеземистого материала уменьшилась нормальная густота цементного теста даже при использовании органического водопонижающего реагента в минимальном количестве 0,3% от массы цемента низкой водопотребности, увеличились водоредуцирующий эффект на 2,4-47,7%, плотность цементного теста на 1-10%, прочность цементного камня на 0,9-51%, улучшились реологические характеристики: реологическая способность Р возросла от 120% до 150-490%, а предельное напряжение сдвига уменьшилось с 29,7 до 19,1-1,9 Па.

1. Способ получения цемента низкой водопотребности, включающий помол портландцемента, минерального наполнителя и органического водопонижающего реагента до удельной поверхности 400-700 м 2 /кг, отличающийся тем, что в качестве минерального наполнителя используют карбонатсодержащий материал с долей карбоната кальция не менее 60 мас.%, а указанный помол осуществляют путем совместного помола портландцемента с органическим водопонижающим реагентом до указанной удельной поверхности, а затем их помола с добавлением указанного карбонатсодержащего материала до указанной удельной поверхности при следующем соотношении компонентов, мас.%: