Способ получения гидрофобного цемента с улучшенными прочностными характеристиками


 


Владельцы патента RU 2419592:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") (RU)

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе портландцемента и может найти применение при изготовлении растворных и бетонных смесей, сухих строительных смесей, обладающих гидрофобным эффектом. Способ получения гидрофобного цемента с улучшенными прочностными характеристиками включает смешивание портландцемента с добавкой диспергированного торфа в количестве не более 10% в пересчете на абсолютно сухое вещество и операцию нагрева. В качестве диспергированной торфяной добавки к портландцементу используют термомодифицированный торф. Для этого перед смешиванием нагреву подвергают непосредственно торф, причем нагрев торфа осуществляют при температуре 400-800°С, после чего полученный после нагрева до соответствующей температуры торф измельчают до пылевидного состояния и затем смешивают с портландцементом в количестве не менее 4% в пересчете на абсолютно сухое вещество. В качестве добавки может быть использован диспергированный термомодифицированный низинный или верховный торф. Технический результат - улучшение прочностных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе портландцемента и может найти применение при изготовлении растворных и бетонных смесей, сухих строительных смесей, обладающих гидрофобным эффектом.

Для улучшения гидрофобных свойств цемента используются различные добавки, в том числе и битуминозные. Известен способ получения гидрофобного цемента по авторскому свидетельству на изобретение СССР №58128, в котором в качестве битуминозной добавки для придания гидрофобности цементу предлагается применять тонкоизмельченный богхед в количестве не менее 10-15%. Хотя богхед и является веществом, содержащим битум, но в авторском свидетельстве не указана температура его предварительного нагрева для получения гидрофобной добавки, поэтому не ясно, как будет влиять это вещество, вводимое в цемент в количестве 10-15%, на прочность вяжущего. Последний может также быть подвергнут предварительной термической обработке или действию минеральных кислот.

Известен способ получения гидрофобного цемента, в котором используются добавки 0,1…0,2; мылонафта, асидола, окисленного петралатума и др. гидрофобизирующих ПАВ (Вяжущие вещества, бетоны и изделия из них. /Под ред. Г.И.Горчакова. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1976, с.51-54/. Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, понижают его гигроскопичность. Однако прочность цементного камня и бетона не увеличивается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ получения гидрофобного цемента по патенту РФ №2220924, опубл. 10.01.2004. Цемент имеет следующий состав, мас.% сухого вещества: портландцемент 90-99,5, гидрофобная добавка (углеродсодержащий природный материал - торф, графит, уголь 0,5-10. Способ по прототипу включает сначала смешение цемента и гидрофобной добавки, предварительно раздробленной до пылевидного состояния (диспергированной добавки). Затем смесь подвергают нагреву при температуре 180-350°С в течение 30-60 минут. Смесь, полученная таким способом, обладает высокой водоотталкивающей способностью. Недостатком прототипа является то, что вместе с добавкой производится нагрев цемента до температуры 180-350°С. Известно, что нагрев цемента приводит к необратимым изменениям его состава и свойств. В портландцементе всегда содержится, например, добавка гипсового камня (CaSO4·2H2O), которая необходима для регулирования свойств цементного камня (скорость твердения, прочность, морозостойкость). Известно, что при нагревании уже в интервале температур 80-120°С двуводный гипс переходит в полуводный, что отрицательно сказывается на свойствах цемента /А.В.Волженский. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат. - 1986. - с.19-24/. Увеличивается скорость схватывания цемента, нарушаются процессы структурообразования в цементном камне, образуются соединения, приводящие к снижению прочности, морозостойкости, коррозионной стойкости.

Задача изобретения - используя торфяную добавку, получить цемент, обладающий наряду с гидрофобными свойствами улучшенными прочностными показателями. Технический результат от реализации способа заключается в повышении прочности цементного камня, полученного из цемента по заявляемому способу, при изгибе и сжатии при высоких показателях гидрофобности цемента.

Задача решена следующим образом:

Общим с известным способом, принятым за прототип, является смешивание портландцемента с диспергированным торфом в качестве добавки, взятым в количестве не более 10% в пересчете на абсолютно сухое вещество. В отличие от прототипа согласно заявляемому способу в качестве диспергированной торфяной добавки к портландцементу используют термомодифицированный торф, для этого перед смешиванием нагреву подвергают непосредственно торф, причем нагрев торфа осуществляют при температуре 400-800°С, после чего полученный после нагрева до соответствующей температуры торф измельчают до пылевидного состояния и затем смешивают с цементом в количестве не менее 4% в пересчете на абсолютно сухое вещество. В качестве добавки может быть использован термомодифицированный низинный или верховой торф.

Известно, что одним из эффективных способов получения модифицирующих добавок на основе торфа является его термоактивация /Мисников О.С., Пухова О.С. и др. Гидрофобизация сухих строительных смесей добавками из органических биогенных материалов.- «Строительные материалы. 2004. - №10. - c.2-4/. Оптимальные режимы термоактивации и характер изменения группового состава торфа зависят от его типа. При термическом воздействии на торф органическая часть деструктурирует с образованием новых соединений. В этой связи необходимо обратить внимание на то, как указано в прототипе, что при термическом распаде органической составляющей торфа появляется значительное количество дополнительных гидрофобных веществ, наличие которых не фиксировалось в первоначальном продукте.

Закономерности, связанные с изменением состава и структуры в торфе, при нагревании известны. Из литературных источников известно, что наиболее существенные изменения в составе торфа при нагревании происходят при нескольких температурных интервалах: 200-400°С, 400-600°С и 600-800°С. Таким образом, варьируя режимы термообработки торфа, можно получать продукт с разным вещественным составом. Дополнительный процесс диспергирования торфа после термообработки позволяет получить однородное мелкодисперсное вещество. В результате, можно выделить четыре температурных интервала, при которых целесообразно получение термомодифицированной добавки разного состава на основе торфа: 200-400°С; 400-600°С и 600-800°С. При проведении экспериментальных исследований низинный и верховой торф подвергался термической обработке при указанных температурах, затем измельчался в лабораторной мельнице до остатка на сите 008 не более 10%. Для определения прочностных свойств цемента термомодифицированный торф (ТМТ) в необходимом количестве смешивался с цементом до однородного состояния, из полученного вяжущего (по стандартной методике) готовились образцы, твердеющие в нормальных условиях 28 суток. После затвердевания определялись физико-механические характеристики цементного камня. Результаты сравнивались с цементным камнем, содержащим 100% портландцемента (контрольный образец). Анализ полученных результатов показал, что смешивание цемента с термомодифицированным торфом, полученным при нагреве в интервале температур 400-800°С, в количестве 4-10%, привело к неожиданному результату: помимо гидрофобных свойств цемента, повысились его прочностные характеристики, (в описании изобретения по прототипу сказано, что при нагреве смеси из цемента и торфа более 350°С снижаются прочностные и гидрофобные свойства цемента).

Характер влияния исследуемых видов добавок на свойства цементного камня различен, но во всех случаях прочностные характеристики оставались высокими. По мнению авторов, это можно объяснить следующим. При нагреве торфа выше 400°С поверхностное натяжение частиц добавки становится больше, чем поверхностное натяжение частиц цемента. Частицы цемента, адсорбируясь на поверхности торфяной добавки, приобретают лучшие адгезионные свойства, что ведет к увеличению прочности цементного камня. Поскольку известно, что адгезия частиц всегда выше, если поверхностное натяжение на межфазной границе понижается. Реализация этих условий, как считают авторы, в заявляемом изобретении и приводит к техническому результату - повышению прочности цементного камня. Наиболее существенный прирост прочности цемента (на 29%) наблюдается с введением 10% ТМТ-800 (с использованием низинного торфа, нагретого до 800°С), что связано, по мнению авторов, с физико-химическим взаимодействием минеральной части низинного торфа, представленной преимущественно СаО, с минералами портландцемента в процессе гидратации и гидролиза. В результате чего появляются дополнительные центры кристаллизации при твердении цементных систем, что способствует образованию гидросиликатов кальция разной степени основности. Гидрофобные свойства цемента при этом соответствуют нормативам (ГОСТ 10178-76).

Увеличение (до 10%) прочности цементного камня при введении 10% добавки торфа, нагретого до 600°С (ТМТ-600), по мнению авторов, объясняется разложением большей части органических веществ, формированием на цементных частицах оболочек из сорбированных на их поверхности компонентов органического вещества торфа. При этом гидрофобные свойства цемента выше установленных нормативов. Гидрофобный эффект в цементе, наряду с высокими прочностными показателями, проявлялся в большей степени при введении 6% ТМТ-400. Этот результат был характерен при использовании добавок термомодифицированного торфа, верхового и низинного, в пределах указанного диапазона. За пределами указанных интервалов 4-10 мас.% и температурах менее 400°С технический результат не достигнут.

Гидрофобность цемента при введении термомодифицированных добавок на основе торфа оценивалась по времени смачивания поверхности водой.

Сведения о предварительном нагреве торфа при температуре 400-800°С и дальнейшем смешивании цемента с полученной после такого нагрева термомодифицированной торфяной добавкой для получения прочного гидрофобного цемента в известных источниках информации не обнаружены, а значит, явным образом не следуют из уровня техники. К тому же, хотя и известны изменения состава и структуры торфа при нагревании, сведения о влиянии готовых термомодифицированных торфяных добавок, полученных при указанных температурах, на прочностные характеристики цементного камня не выявлены. Все это подтверждает соответствие заявляемого способа критерию «изобретательский уровень». Для пояснения способа получения гидрофобного цемента с улучшенными прочностными показателями приведены таблица и примеры.

Пример 1. В качестве сырьевого материала применяли верховой торф. Торф подвергали термической обработке при температуре 400°С в течение 10 мин в лабораторной муфельной печи. Высушенный торф измельчали в планетарной мельнице и просеивали через сито №008. Просеянный торф добавляли в портландцемент в количестве 10 мас.%. Полученный цемент обладал высокими гидрофобными свойствами. Капля воды на поверхности цемента не впитывалась в течение 90 мин. Затвердевший цементный камень (из цемента, полученного по заявляемому способу) обладал высокой прочностью на сжатие - 55 МПа (не ниже контрольного).

Пример 2. В качестве сырьевого материала применяли низинный торф. Торф подвергали термической обработке при температуре 800°С в течение 10 мин в лабораторной муфельной печи. Высушенный торф измельчали в планетарной мельнице и просеивали через сито №008. Просеянный торф добавляли в портландцемент в количестве 10 мас.%. Затвердевший цементный камень (из цемента полученного по заявляемому способу) обладал высокой прочностью на сжатие - 72 МПа (без добавки 55 МПа) и при изгибе - 6,4 МПа (без добавки 7,6 МПа). Капля воды на поверхности цемента не впитывалась в течение 7 мин.

Пример 3. В качестве сырьевого материала применяли низинный торф. Торф подвергали термической обработке при температуре 400°С в течение 10 мин в лабораторной муфельной печи. Высушенный торф измельчали в планетарной мельнице и просеивали через сито №008. Просеянный торф добавляли в портландцемент в количестве 10 мас.%. Затвердевший цементный камень (из цемента полученного по заявляемому способу) обладал высокой прочностью на сжатие - 62 МПа (без добавок 55 МПа) и при изгибе - 6,6 МПа (без добавки 6,2 МПа). Капля воды на поверхности цемента не впитывалась в течение 65 мин.

Характеристики модифицированных цементов
№ пп Наименование состава Температура термической обработки торфа, °С Время смачивания поверхности водой, мин Прочность цементного камня при сжатии, МПа Прочность цементного камня при изгибе, МПа
1 Портландцемент - 100% 0 2 сек 55,0 6,2
2 Портландцемент - 90% Низинный торф - 10% 400 65 62,0 6,6
3 Портландцемент - 94% Низинный торф - 6% 400 40 66,0 7,0
4 Портландцемент - 96% Низинный торф - 4% 400 25 60,0 6,1
5 Портландцемент - 90% Низинный торф - 10% 600 45 59,0 6,2
6 Портландцемент - 94% Низинный торф - 6% 600 25 57,0 6,1
7 Портландцемент - 98% Низинный торф - 4% 600 10 56,0 6,2
8 Портландцемент - 90% Низинный торф - 10% 800 7 72,0 7,6
9 Портландцемент - 94% Низинный торф - 6% 800 5 65,0 6,9
10 Портландцемент - 96% Низинный торф - 4% 800 5 63,0 6,7
11 Портландцемент - 90% Верховой торф - 10% 400 90 55,0 5,2
12 Портландцемент - 94% Верховой торф - 6% 400 80 55,0 6,0
13 Портландцемент - 96% Верховой торф - 4% 400 60 55,0 5,9
14 Портландцемент - 90% Верховой торф - 10% 600 55 50,0 5,8
15 Портландцемент - 94% Верховой торф - 6% 600 30 52,0 5,9
16 Портландцемент - 96% Верховой торф - 4% 600 15 53.0 6,0
17 Портландцемент - 90% Верховой торф - 10% 800 10 50,0 5,7
18 Портландцемент - 94% Верховой торф - 6% 800 8 54,0 6,1
19 Портландцемент - 96% Верховой торф - 4% 800 5 55,0 6,2

Как видно из таблицы, оптимальное соотношение характеристик цемента соответствует составам №2, 8, 11. Исследования показали, что в сравнении с прототипом композиция по заявляемому способу имеет более высокую прочность при сжатии при высоких значениях времени смачивания поверхности цемента водой. Характеристики композиции соответствует нормативным данным для строительных растворов и бетонов, поэтому композиция, полученная по заявляемому способу, промышленно применима. Следовательно, эту композицию можно использовать в строительстве при изготовлении строительных изделий.

1. Способ получения гидрофобного цемента с улучшенными прочностными характеристиками, включающий смешивание портландцемента с добавкой диспергированного торфа в количестве не более 10% в пересчете на абсолютно сухое вещество и включающий операцию нагрева, отличающийся тем, что в качестве диспергированной торфяной добавки к портландцементу используют термомодифицированный торф, для этого перед смешиванием нагреву подвергают непосредственно торф, причем нагрев торфа осуществляют при температуре 400-800°С, после чего полученный после нагрева до соответствующей температуры торф измельчают до пылевидного состояния и затем смешивают с портландцементом в количестве не менее 4% в пересчете на абсолютно сухое вещество.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют диспергированный термомодифицированный низинный торф.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют диспергированный термомодифицированный верховой торф.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к строительным материалам, к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении шлакощелочных вяжущих на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии для приготовления строительных растворов и бетонов.

Изобретение относится к производству материалов керамического назначения, в том числе керамических и цементных клинкеров, и может использоваться при производстве строительных материалов.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки тепловых агрегатов в различных отраслях.

Изобретение относится к способу и устройству для получения гидравлического вяжущего вещества. .

Изобретение относится к новому цементу, который может заменять традиционный цемент в строительстве, при закладке шахт, устройстве шахтных крепей и дорожных оснований, укреплении грунтов.

Изобретение относится к электродуговым плазменным печам для плавления неметаллических тугоплавких материалов, преимущественно для получения цементного клинкера, и может быть использовано в строительной промышленности.

Изобретение относится к области производства портландцементного клинкера сухим, полусухим, мокрым и комбинированным способом. .
Изобретение относится к отверждаемой цементирующей композиции, способу ее получения и к способу цементирования с использованием отверждаемой цементирующей композиции и может найти применение при первичном цементировании с использованием бурильных труб или при закупоривании и ликвидации скважин
Изобретение относится к шлакощелочным вяжущим и может быть использовано в промышленности строительных материалов, для изготовления растворов и бетонов различного назначения
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве портландцемента с использованием минеральных добавок

Изобретение относится к составу сульфоалюминатного цементного клинкера, полученного плавленым методом

Изобретение относится к технологии производства гидравлических цементов, используемых в составе строительных изделий

Изобретение относится к цементной промышленности. Способ получения клинкера из сырьевой смеси реализуется посредством установки, которая включает вращающуюся печь (8), в частности прекальцинатор; многоступенчатый циклонный подогреватель (9), присоединенный к указанной вращающейся печи (8) ниже по ходу потока относительно направления потока газообразных продуктов (11) сгорания, происходящего в указанной вращающейся печи (8); электрофильтр (10), присоединенный к указанному подогревателю (9) ниже по ходу потока относительно указанного направления потока газообразных продуктов (11) сгорания. Установка включает первое входное отверстие (17) для ввода сырьевой смеси в указанные газообразные продукты (11) сгорания, причем указанное входное отверстие (17) расположено ниже указанного подогревателя (9) и выше указанного электрофильтра (10) по ходу потока относительно указанного направления потока газообразных продуктов (11) сгорания. Она также включает второе входное отверстие (18) для подачи частично подогретой сырьевой смеси (14) из указанного электрофильтра (10) в указанный подогреватель (9). В данном способе используют электрофильтр в качестве неотъемлемой части подогревателя, что позволяет устранить один или более циклонов в подогревателе и повысить эффективность снижения содержания NOX и SOX на последующих стадиях очистки газообразных продуктов сгорания. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и качественных цементов. Cпособ включает смешивание компонентов исходной шихты, содержащей оксидный железосодержащий материал, углеродистый восстановитель и карбонат кальция, восстановительный обжиг исходной шихты, разделение твердого компонента на железосодержащую и силикатную составляющие, причем перед смешиванием компонентов шихты проводят их сушку и гомогенизацию совместным помолом, а восстановительный обжиг исходной шихты ведут при 700-1200°C, разделение полученной смеси на силикатный и железосодержащий концентраты осуществляют пневматическим способом в циклонах, железосодержащий концентрат выводят из зоны обжига и после охлаждения подвергают повторной магнитной или электростатической, или пневматической сепарации, образующийся после повторной сепарации силикатный концентрат смешивают с силикатным концентратом, образовавшимся после первого пневматического разделения, а коллективный силикатный концентрат направляют на обжиг до клинкера, при этом перед обжигом в коллективный силикатный концентрат вводят корректирующие добавки в количестве не более 20 мас.% массы концентрата, а исходная шихта содержит, мас.%: карбонат кальция - 10,0-65,0, углеродистый восстановитель -3,0-14,0, оксидный железосодержащий материал - остальное. Изобретение развито в зависимом пункте формулы изобретения. Технический результат - одновременное получение железосодержащего концентрата и высококачественного портландцемента. 1 з.п. ф-лы, 13 табл.

Изобретение относится к способу корректировки состава портландцементного клинкера на основе высокосульфатной сырьевой смеси с содержанием SO3 более 2,0%. В способе корректировки состава алитового портландцементного клинкера на основе высокосульфатной сырьевой смеси, состоящей из карбонатной породы, глины, гипса и корректирующих добавок, включающем сушку сырьевых компонентов, анализ их химического состава, расчет состава сырьевой смеси, ее шихтовку, совместный помол её компонентов, гомогенизацию, кальцинацию, обжиг сырьевой смеси до клинкера и его помол с технологическими добавками, при содержании в сырьевой смеси SO3 более 2,0% расчет состава сырьевой смеси ведут в два этапа, на первом этапе расчет ведут на формирование в клинкере моноалюмината кальция СА при коэффициенте насыщения КН=1 и степенях насыщения СН=0 или СН=1, а на втором этапе расчет ведут на основе сырьевой смеси, компонентами которой являются клинкер, полученный на первом этапе расчета без учета SO3, и корректирующие добавки, при этом расчет ведут на получение алитового портландцементного клинкера, содержащего C3S, C2S и C4AF при коэффициентах насыщения КН=0,92-0,98, глиноземистых модулях p=1,7-4,0 и кремнеземных модулях n=2,0-3,0, а при шихтовке сырьевой смеси ее состав корректируют путем уменьшения количества рассчитанной глины от 4,0 до 20% и введения корректирующих добавок от 4,0 до 23%. Формула развита в зависимых пунктах. Технический результат - корректировка состава высокосульфатной сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера при сохранении в его составе алита. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 11 табл.

Изобретение предназначено для производства высокомарочных и быстротвердеющих марок цемента. Установка содержит криогенную барабанную мельницу циклического действия в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата (7), криогенную машину Стирлинга (1) с конденсатором (2), емкость (3) для хранения криогенной жидкости с насосом высокого давления (6), линию слива (4) из конденсатора в емкость, линию подачи (5) из емкости в криостат, линию выпара (10) с фильтром (11). Криостат выполнен со съемной крышкой (15) и патрубками (13, 14) для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами (16, 17). Криостат расположен между двух продольных роликов. Один из роликов (8) является приводным и связан с электродвигателем (9). Система охлаждения криогенной машины проходит через холодильник (22) и состоит из последовательно соединенных циркуляционного насоса (23), теплообменника (24) охлаждающей внешней среды и теплообменника (12) линии выпара. Линия подачи атмосферного воздуха (18) снабжена эжектором (19) и вымораживателем влаги и углекислоты (20). Через вымораживатель проходит линия слива. Линия паров криогенной жидкости соединяет газовую полость емкости и эжектор. В качестве криогенной жидкости для криопомола используют жидкий воздух. Изобретение обеспечивает повышение надежности и длительности работы установки. 1 ил.

Изобретение предназначено для производства высококачественного цемента. Установка содержит криогенную барабанную мельницу циклического действия в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата (7), криогенную машину Стерлинга (1) с конденсатором (2), линию подачи криогенной жидкости из емкости (3) для хранения криогенной жидкости в помольный криостат, линию выпара криогенной жидкости и линию подачи атмосферного воздуха (12) с охладителем (11) и вымораживателем влаги и углекислоты (18). На линии выпара криогенной жидкости размещен теплоизолированный ресивер (19). Через охладитель проходит линия выпара криогенной жидкости. Через вымораживатель проходит линия слива (4) криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость. Насос высокого давления (6) линии подачи жидкого воздуха (5) расположен в емкости. Криостат расположен между двух продольных роликов. Один (8) из роликов связан с электродвигателем (9) и является приводным. Криостат выполнен со съемной крышкой (15) и патрубками (13, 14) для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами (16, 17). В качестве криогенной жидкости для криопомола используют жидкий воздух. Изобретение обеспечивает повышение надежности и длительности работы установки. 1 ил.
Наверх