Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций



Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций
Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций
Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций
Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций
Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций
Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций

 


Владельцы патента RU 2452703:

Хлестунов Владимир Михайлович (RU)
Прокопец Валерий Сергеевич (RU)

Изобретение может быть использовано в промышленности строительных материалов при производстве золопортландцемента из кислых зол тепловых электростанций - ТЭЦ. Техническим результатом при использовании предлагаемого вяжущего является получение высокомарочного золоцементного вяжущего с низким коэффициентом хрупкости (Rсж/Rизг), высокими технологическими свойствами и возможностью широкой утилизации кислых зол ТЭЦ. Вяжущее содержит комплексную добавку состава, мас.%: полуводный гипс 40, хлористый кальций 30, суперпластификатор 30, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кислая зола-унос ТЭЦ 30-40, бокситовый или нефелиновый шлам 20-30, комплексная добавка 3-5, портландцемент остальное, совместно размолотых до удельной поверхности 4500-5500 cм2/г. Совместный размол компонентов вяжущего осуществляют в аппаратах дезинтеграторного принципа действия при линейных скоростях движения роторов, по меньшей мере, 70 м/с. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве золопортландцемента на основе зол тепловых электростанций (ТЭЦ).

Сущность изобретения заключается в создании состава вяжущего на основе зол тепловых электростанций, обладающего повышенными прочностными и улучшенными строительно-техническими свойствами, а также увеличении объема утилизации кислых и ультракислых зол-уноса ТЭЦ.

Известно вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос, портландцемент и глинистую добавку, отличающееся тем, что в качестве глинистой добавки оно содержит порошок неполно обожженной глины при следующем соотношении компонентов, мас.%: высококальциевая зола-унос - 55-40; портландцемент - 25-45; порошок неполно обожженной глины - 20-15 (см. Заявка на изобретение С04В 7/28, №98120832/03, 13.11.1998. Дата публикации заявки: 10.09.2000).

Недостатком описанного вяжущего является сравнительно высокая водопотребность, недостаточно высокие прочностные показатели, а также необходимость использования при производстве данного вяжущего исключительно высококальциевых зол тепловых электростанций, что приводит к ограниченному выпуску подобного вяжущего и снижению объема утилизации отходов ТЭЦ.

Из существующего уровня техники известно вяжущее, включающее совместно размолотые до удельной поверхности 7500-8000 см2/г золу-унос и отвальный доменный шлак и дополнительно бой стекла с удельной поверхностью 9500-10000 см2/г и цемент при следующем соотношении компонентов, масс.%: зола-унос 28-32; доменный отвальный шлак 38-42; бой стекла 18-28; портландцемент 6-8% (см. Патент на изобретение С04В 7/14, №2005697, 15.01.1994).

Основным недостатком данного вяжущего являются низкие прочностные показатели при высоком значении коэффициента хрупкости (отношение прочности при сжатии к прочности при изгибе - Rсж/Rизг). Кроме того, недостатком данного вяжущего является значительная технологическая сложность приготовления компонентов смеси, а также необходимость применения исключительно высококальциевых зол ТЭЦ, что не позволяет решать в полном объеме экологические проблемы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является сырьевая смесь, содержащая, мас.%: портландцемент 8,5-18,5, бокситовый шлам 57,0-60,5, золу-унос 6,5-9,0, вода остальное, причем соотношение коэффициентов основности золы и шлама составляет 0,5-1,15, при коэффициенте основности шлама 1,16 (см. авт.свид. SU 1766866, 07.10.1992).

Основным недостатком данной смеси являются низкие прочностные показатели, а также ограниченное применение кислых зол-уноса, что не позволяет решать в полном объеме экологические проблемы.

Цель изобретения - создание высокотехнологичного и высокоактивного золоцементного вяжущего (Зольцит) с низким коэффициентом хрупкости, со значительной заменой клинкера исключительно кислой золой ТЭЦ и позволяющего одновременно решать экологические проблемы.

Техническим результатом при использовании предлагаемого вяжущего является получение высокомарочного золоцементного вяжущего с низким коэффициентом хрупкости (Rсж/Rизг), высокими технологическими свойствами и возможностью широкой утилизации кислых зол ТЭЦ.

Вышеназванный технический результат достигается тем, что вяжущее, содержащее кислую золу-унос ТЭЦ, бокситовый шлам и портландцемент, содержит бокситовый или нефелиновый шлам и дополнительно комплексную добавку состава, мас.%: полуводный гипс 40, хлористый кальций 30, суперпластификатор 30, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кислая зола ТЭЦ 30-40, бокситовый или нефелиновый шлам 20-30, комплексная добавка 3-5, портландцемент остальное, совместно размолотые до удельной поверхности 4500-5500 см2/г.

При этом совместный размол осуществляется исключительно в аппаратах дезинтеграторного принципа действия при линейных скоростях вращения роторов, по меньшей мере, 70 м/с.

Предложенный состав позволяет получать высокопрочные золопортландцементы со свойствами, не уступающими обычному портландцементу и удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к цементам по активности, срокам схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема. Это обеспечивается за счет введения бокситового или нефелинового шлама, играющих роль щелочного активизатора и комплексной добавки, придающей смеси повышенные пластические свойства и способствующей эффективному размолу исходных компонентов в процессе последующего однократного интенсивного размола в дезинтеграторе.

В процессе интенсивного помола наряду с усреднением (гомогенизацией) смеси в аппаратах дезинтеграторного принципа действия происходит активация компонентов смеси, что благоприятно влияет на физико-механические и технологические свойства получаемого вяжущего.

Главными препятствиями к использованию кислых зол ТЭЦ, например продуктов сжигания каменных углей Экибастузского бассейна, в производстве бетонов, растворов и вяжущих являются их высокие зольность (до 53%) и пористость (до 1600 м2/кг), а также очень низкая основность (Косн=0,03, т.е. <<1), что обуславливает высокую водопотребность (табл.1), что резко снижает прочность получаемых материалов и изделий (Гужулев Э.П., Усманский Ю.Т. Рациональное применение золы ТЭЦ: Результаты научно-практических исследований. - Омск: ОмГУ, 1998. - 238 с.).

Таблица 1
Физические свойства золы - унос ТЭЦ
№п/п Наименование показателей Ед. измерений Величина
Средняя Предельные значения
1 Естественная влажность % 45 80
2 Максим. молекулярная влагоемкость % 30 40
3 Полная влагоемкость % 60 85
4 Плотность естественного сложения кг/м2 1400 1600
5 Плотность твердых частиц кг/м2 2200 2300
6 Плотность сухого материала (скелета) кг/м2 950 1040

Поэтому просто механическое смешение даже небольшого количества кислых зол с портландцементом приводит к резкому снижению активности получаемого вяжущего.

Из других отходов промышленности интерес в основном представляют шламы, образующиеся при производстве алюминия. К ним относятся нефелиновые - Ачинского глиноземного комбината (АГК) и бокситовые - Павлодарского алюминиевого завода (ПАЗ) шламы. Свойства шламов приведены в табл.3-5.

Таблица 4
Химический состав нефелинового АГК и бокситового ПАЗ шламов
Вид шлама Содержание химических компонентов, мас.%
SiO2 Fe2O3 Аl2О3 CaO MgO SO3 ППП Косновн
ПАЗ 19,34 21,59 7,48 36,41 0,43 0,25 8,89 0,76
АГК 26,7 3,61 3,44 54,20 1,1 0,12 9,16 1,64

Данные табл.3-4 указывают на щелочной характер шламов, а также наличие у данных отходов слабо гидравлических свойств. При этом величина коэффициента основности бокситового и нефелинового шламов составила 0,76 и 1,64 соответственно.

В свою очередь установлено, что введение в золоцементную смесь нефелиновго или бокситового шлама до 12% приводит к росту активности золоцементного вяжущего с 20 МПа до 35 МПа. Дальнейшему росту активности золоцементного вяжущего препятствует избыточность щелочности системы.

Таким образом, обычное смешение указанных компонентов не позволяет получить вяжущее высокой марки. Преодоление указанного недостатка возможно путем применения механоактивационного способа обработки материалов. Существующие представления процессов, происходящие в материалах, подвергнутых интенсивному ударному воздействию, приведены в работе, например Аввакумова Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск, Наука, 1986 - 306.

Вяжущее приготавливают путем взвешивания в требуемом количестве цемента ПЦ 400 Д20, кислой золы-унос ТЭЦ, бокситового шлама ПАЗ или нефелинового шлама АГК.

Затем полученную смесь пропускают однократно через дезинтегратор при линейных скоростях вращения обоих роторов, по меньшей мере, 70 м/с.

Для испытания вяжущего готовили раствор «вяжущее-песок» в соотношении, равном 1:3, который затворялся водопроводной водой. Из полученного раствора формовались путем вибрирования стандартные образцы-балочки размером 4×4×16 см. Применялся песок тонких фракций с модулем крупности Мкр=1,1 и водопроводная вода.

В качестве компонентов добавки применяли:

- гипс строительный марки Г-2 по ГОСТ 125-79;

- суперпластификатор по ТУ 5745-022-58042865-2007. Добавка для бетонов и строительных растворов полифункционального действия ПФМ-НЛК. Технические условия (в форме порошка коричневого цвета);

- кальций хлористый технический по ГОСТ 450-77.

Для приготовления сырьевой смеси вяжущего принимали соотношения коэффициента основности золы-унос и бокситового и нефелинового шлама как Косн золы/косн бокс, нефел равными 0,04 и 0,018 соответственно. То есть в зоне, соответствующей ультракислой среде.

Испытания свойств вяжущего и их сопоставительный анализ со свойствами вяжущего-прототипа проводили в идентичных условиях по ГОСТ 310.1-76 - 310.4-76. Данные испытаний сведены в таблицу 6 (в таблице представлены данные испытаний, соответствующие количествам ингредиентов, выходящих в заявленные в формуле изобретения пределы). В таблице 5 представлены основные физико-механические характеристики Зольцита, полученного путем пропуска через измельчитель-активатор золо-шламоцементной смеси.

Как видно из представленных результатов, путем регулирования составов Зольцита возможно получение вяжущего активностью в интервале от 500 до 650.

Составы Зольцита в заявленных интервалах компонентов смеси после 28 суток твердения показали прочность при сжатии, соответственно последовательности номерам смесей, от 52 до 57 МПа, а при изгибе - от 7,2 до 9,6 МПа. При этом следует отметить, что прочность на растяжение при изгибе на 22-32% выше, чем у вяжущего по прототипу. Зольцит может применяться для изготовления несущих элементов повышенной ответственности. Уменьшение величины соотношения прочности при сжатии к прочности при изгибе увеличивает деформативные свойства материала и способствует резкому снижению усадочных процессов в изделиях и конструкциях.

Зольцит имеет благоприятный временной интервал по срокам схватывания, а именно 54-68/102-139. Данное свойство вяжущего позволит направленно регулировать технологические процессы изготовления изделий и конструкций из бетонов на основе Зольцита. При этом хотелось бы отметить, что изделия и конструкции на основе разработанного вяжущего отличают высокая морозостойкость, низкая водонепроницаемость; особо высокая коррозионная устойчивость против кислот и сульфатов.

Наблюдаемые эффекты объясняются следующим. В ходе интенсивного ударного измельчения присутствующий в золе кристаллический кремнезем частично аморфизируется (рис.1), что усиливает его реакционную способность и в то же время снижает кислотность среды. Одновременно усиливается реакционная способность белитовой части бокситового (нефелинового) шлама, а также цемента за счет увеличения их дисперсности.

1. Вяжущее, содержащее кислую золу-унос ТЭЦ, шлам и портландцемент, отличающееся тем, что оно содержит бокситовый или нефелиновый шлам и дополнительно комплексную добавку состава, мас.%: полуводный гипс 40, хлористый кальций 30, суперпластификатор 30 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кислая зола-унос ТЭЦ 30-40
Бокситовый или нефелиновый шлам 20-30
Комплексная добавка 3-5
Портландцемент остальное,

совместно размолотые до удельной поверхности 4500-5500 см2/г.

2. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что совместный размол компонентов вяжущего осуществляют в аппаратах дезинтеграторного принципа действия при линейных скоростях движения роторов, по меньшей мере, 70 м/с.



 

Похожие патенты:
Вяжущее // 2439012
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к составам минеральных вяжущих веществ на жидком стекле, и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способу получения гидроактивированного композиционного зольного вяжущего на основе золы-уноса - отхода теплоэнергетики, которые могут быть использованы в производстве коррозионно-стойкого бетона, плотных и ячеистых силикатных бетонов и изделий на их основе.
Вяжущее // 2330822
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в промышленном строительстве при изготовлении изделий и конструкций из кислотостойких бетонов.
Вяжущее // 2330821
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в промышленном строительстве при изготовлении изделий и конструкций из кислотостойких бетонов.
Вяжущее // 2312084
Изобретение относится к вяжущим на основе зол ТЭС и может быть использовано для укрепления грунтов, для устройства оснований и морозозащитных слоев дорожной одежды или в качестве самостоятельного строительного материала.

Вяжущее // 2307098
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в строительстве для изготовления изделий и конструкций из жаростойких бетонов.
Вяжущее // 2302396
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в строительстве для изготовления изделий и конструкций из жаростойких бетонов.
Вяжущее // 2255062
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бесклинкерного вяжущего на основе высококальциевой буроугольной золы. .
Вяжущее // 2248320
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при изготовлении полов, лотков, фундаментов, тротуарных и футеровочных плиток, дорожных ограждений, бортовых камней, других конструкций и сооружений, особенно подверженных кислотной и солевой агрессии.
Изобретение относится к способу активации вяжущих свойств техногенных минеральных продуктов в виде зол или шлаков, содержащих оксид кальция, кремнезем и глинозем

Вяжущее // 2458875
Изобретение относится к производству строительных материалов
Вяжущее // 2458876
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно - к составам минеральных вяжущих веществ на жидком стекле, и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций
Вяжущее // 2470881
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к составам минеральных вяжущих веществ на основе топливных отходов - золы-уноса, и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций
Вяжущее // 2471734
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно - к составам минеральных вяжущих веществ на основе топливных отходов - золы-уноса, и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций

Изобретение относится к производству безобжиговых вяжущих и может быть использовано при изготовлении строительных изделий гидравлического твердения

Изобретение относится к материалам строительных конструкций, в частности к способам подготовки и создания композиций

Изобретение относится к геополимерным композициям. Сухая смесь для геополимерного связующего содержит, по меньшей мере, одну летучую золу, содержащую оксид кальция в количестве меньшем или равном 15 вес.%; по меньшей мере, один ускоритель гелеобразования и, по меньшей мере, один ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава указанной золы. Указанная сухая смесь, приготовленная путем ее смешения с активатором. Геополимерная композиция бетона или раствора, полученная смешением указанного связующего с заполнителем. Способы приготовления композиции бетона или раствора с использованием указанного связующего. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - снижение микрорастрескивания, сохранение конечной прочности после отверждения при низкой температуре. 7 н. и 43 з.п. ф-лы, 40 пр., 6 табл., 3 ил.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к способу получения вяжущего на основе кислой каменноугольной золы, и может быть использовано при производстве строительных растворов и бетонов. В способе получения вяжущего, включающем совместную механохимическую активацию измельчением кислого золошлака гидроудаления, извести и гипса, используют при указанном измельчении указанный золошлак с содержанием потерь при прокаливании 15,11%, активностью 0 МПа и крупностью не более 1 мм, известь гидратную свежеприготовленную крупностью не менее 500 мкм и гипс двуводный при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный золошлак 54,8-78,4, указанная известь 18,9-41,1, гипс двуводный 2-5,6. Технический результат - повышение прочности. 2 табл.

Изобретение относится к производству вяжущего из топочных отходов. В способе получения золоцемента, включающем измельчение бурого угля до консистенции пыли - более 95% фракции менее 0,09 мм с введением корректирующей добавки, сжигание его в топке теплоэлектростанции - ТЭС с доведением степени сжигания в форсунках углистых веществ до 95-98% и съем золы-уноса - указанного целевого продукта с электрофильтров отходящих дымовых газов, первый раз измельчение бурого угля производят в щелочной водной среде в выемочной камере залежи в процессе его скважинной гидродобычи до консистенции твердого в пульпе, составляющей до 80% фракции менее 25 мм, производят второй раз измельчение бурого угля в щелочной водной среде в составе твердого в пульпе путем гидропомола до консистенции грубодисперсной фазы, составляющей до 75% фракции менее 0,145 мм, затем отделяют первый промежуточный угольный продукт от первого попутного полезного продукта - гуматов, получаемых экстракцией гуминовых кислот щелочной средой при гидропомоле бурого угля, после этого первый промежуточный угольный продукт в третий раз подвергают гидропомолу в кислой водной среде до тонины 0,075 мм, после чего полученную водоугольную суспензию направляют в барботажную емкость, где осуществляют барботирование теплых отфильтрованных отходящих из топки ТЭС дымовых газов с повышением концентрации суммы кислот дисперсной среды суспензии и извлечения в раствор тяжелых редких металлов, затем отделяют второй промежуточный угольный продукт от второго попутного полезного продукта - коллективного концентрата тяжелых редких металлов и совместно гомогенизируют угольный продукт с корректирующей добавкой с получением жидкого угольного топлива, подаваемого на указанное сжигание. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат - улучшение свойств, получение ценных попутных продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх