Способ переработки пуццоланов


 

C04B20 - Использование материалов в качестве наполнителей для строительных растворов, бетона или искусственных камней, относящихся к более чем одной из групп C04B 14/00-C04B 18/00 и отличающихся формой или распределением гранул; обработка материалов, относящихся к более чем одной из групп C04B 14/00- C04B 18/00, специально предназначенная для усиления их наполняющих свойств в строительных растворах, бетоне или искусственном камне; материалы для расширения или вспучивания

Владельцы патента RU 2475460:

ПРОСЕДО ЭНТЕРПРАЙЗЕС ЭТАБЛИССМАН (LI)

Изобретение относится к способу переработки пуццоланов и может найти применение при приготовлении бетонных смесей, строительных растворов и других смесей, включающих цемент. В способе переработки пуццоланов, включающих шлак и золу-унос, такую как золу-унос Class F и/или Class С, пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, при этом неценосферные частицы в форме крупных частиц шлака распадаются, и в результате чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется, и пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам (вес.%): ≤5 микрон 15-25, ≤10 микрон 30-40, ≤30 микрон 90-95. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение активности пуццолана и повышение прочности строительных материалов с его использованием. 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу переработки пуццоланов в виде золы-уноса.

Золу-унос применяют для производства бетонных смесей, строительных растворов и других смесей, включающих цемент. Зола-унос является отходом производства электростанций на твердом топливе, и она образуется в громадных количествах каждый год во всем мире.

Настоящий способ позволяет устранить колебания качества золы-уноса, обусловленные различиями в химических составах углей и параметрах процессов сжигания угля. Переработка пуццоланов, то есть золы-уноса, в соответствии с настоящим способом значительно улучшает рабочую характеристику бетона и позволяет в большей степени заменить стандартный портландцемент, что приводит к значительным экономическим преимуществам и преимуществам с точки зрения защиты окружающей среды.

Зола-унос обычно содержит около 85% стеклообразных аморфных компонентов в форме ценосферических частиц. Согласно стандарту ASTM C 618, золу-унос подразделяют на два класса Class C и Class F. Зола-унос Class F обычно содержит более 70% по массе оксида кремния, оксида алюминия и оксидов железа, в то время как содержание этих компонентов в золе-уносе Class C обычно составляет от 70% до 50%. Зола-унос Class F образуется в качестве отхода при сжигании битуминозного угля. Зола-унос Class C имеет более высокое содержание кальция и образуется в качестве отхода при сжигании полубитоминозного угля.

Согласно Американской ассоциации угольной золы (American Coal Ash Association), в 2006 году в США производилось около 73 миллионов тонн угольной золы в форме золы-уноса и только около 45% было использовано в различных отраслях промышленности, в то время как оставшаяся часть в основном хранилась на полигонах для захоронения отходов. В настоящее время в США замена портландцемента в бетоне составляет только 10 процентов.

Исчерпывающее исследование продемонстрировало, что бетонные смеси с высоким количеством золы-уноса, в которых портландцемент был заменен золой-уносом до содержания выше 50%, характеризуются более высоким нарастанием длительной прочности, пониженной водопроницаемостью и газопроницаемостью, высокой устойчивостью к воздействию хлорид-иона и так далее в сравнении с портландцементными бетонными смесями без золы-уноса.

Вместе с тем бетон с высоким содержанием золы-уноса имеет значительные недостатки. Одним недостатком является очень длительное время схватывания и очень медленное нарастание прочности в течение периода от 0 до 28 дней, особенно при соотношениях воды к вяжущему веществу выше чем 0,50. Эти отрицательные последствия снижают объем применения золы-уноса для замены портландцемента в среднем до 15-20%.

К серьезным проблемам также относится проблема стабильности качества золы-уноса. Обычно отклонения в химическом составе используемого угля и часто изменяемые параметры режима работы бойлеров вызывают образование кристаллической и квазикристаллической фаз, так называемых шлаков, что приводит к снижению реакционной способности золы-уноса, выражаемой так называемой пуццоланической активностью.

Было предпринято несколько попыток по улучшению рабочей характеристики бетонных смесей с высоким содержанием золы-уноса, смотрите, например, публикацию Malhotra, Concrete International J., Vol. 21, No 5, May 1999, pp. 61-66. Согласно этой публикации, нарастание прочности таких бетонных смесей можно было бы улучшить путем значительного увеличения содержания связующего, то есть цемента и микронаполнителя, и сильного уменьшения количества воды, но такой подход требует применения увеличенного количества пластифицирующих добавок для сохранения приемлемой консистенции бетонных смесей, что резко увеличивает стоимость бетона.

Были разработаны ряд способов, относящихся к измельчению золы-уноса для повышения ее пуццоланической активности путем измельчения, которое увеличивает количество частиц золы-уноса с размером около 11 микрон, и одновременного введения оксида кальция. Такие способы описаны в патентных документах США №№6818058, 6038987, 5714002, 5714003, 5383521 и 5121795. Все упомянутые известные способы либо не могут обеспечить значительное улучшение рабочей характеристики золы-уноса в качестве компонента бетона, либо не могут предотвратить колебания свойств золы-уноса и гарантировать постоянное качество готового продукта.

Настоящее изобретения решает указанные задачи.

Поэтому настоящее изобретение относится к способу переработки пуццоланов, включающих золу-унос, такую как золу-унос Class F и/или Class C, используемую для приготовления строительных растворов и бетонных смесей, отличающемуся тем, что пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения до крупности частиц готового продукта, характеризующейся удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, при которых распадаются не являющиеся ценосферами крупные частицы шлака, и в силу чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется.

Настоящее изобретение может быть осуществлено при использовании различного типа оборудования для измельчения, такого как помольное оборудование с использованием сред, например перемешиваемое, центробежное, шаровое; или помольное оборудование, в котором не используются среды, например струйное, ударное, валковое, с преобладающими механическими импульсами сдвига, приложенными к подвергаемым обработке частицам, и объединенное с воздушной классификацией.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 90% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон, для достижения прочности в соответствии с пуццоланическим индексом ASTM C 618 после 28 дней, который ≥75%.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 95% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 99% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан после указанного предварительного рассева подвергают совместному измельчению до крупности, характеризующейся удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно значительно более предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам:

≤5 микрон 15-25 вес.%,

≤10 микрон 30-40 вес.%,

≤30 микрон 90-95 вес.%.

Пуццолан, подвергнутый обработке, согласно изобретению может быть дополнительно обработан путем добавления портландцемента. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, портландцемент добавляют к указанному пуццолану в количестве до 10% по массе во время или после указанной переработки пуццолана.

Также предпочтительно, чтобы к указанному пуццолану добавляли пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность, в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.

Главным преимуществом настоящего изобретения является то, что предлагаемая обработка золы-уноса минимизирует влияния колебаний в составе угля и условий в бойлере на свойства золы-уноса. Другим преимуществом является возможность увеличить замену портландцемента в бетоне, что значительно снижает выбросы газов сухой перегонки и расход энергии, связанные с производством портландцемента.

Примеры

Подвергали испытанию в соответствии с этим изобретением золу-унос Class F в соответствии со стандартом ASTM C с химическим составом и распределением частиц по размерам (PSD), приведенными в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Химический состав
Соединение Зола-унос
CaO 15,0%
SiO2 49,4%
Al2O3 19,6%
Fe2O3 5,2%
SO3 0,8%
Na2O 0,3%
K2O 1,2%
Таблица 2
Распределение частиц по размерам
Параметр Зола-унос
Средний размер частицы (мкм) 15,2
Максимальный размер частицы (мкм) 120
Задержаны ситом с размером 325 меш. (45 мкм), % 22

В таблице 3 ниже приводятся данные по нарастанию прочности согласно стандарту ASTM C 109 смесей 50/50 по массе портландцемента (тип 1 согласно стандарту ASTM C 150) и дополнительных минеральных вяжущих материалов (SCM), не подвергнутых обработке и подвергнутых обработке согласно настоящему изобретению.

Таблица 3
Нарастание прочности при сжатии, МПа (psi)
Тип минеральных вяжущих материалов (SCM) Время отверждения, дни
1 3 7 28
1. Не подвергнутый обработке шлак после рассеивания (95% крупных частиц 45 микрон) 2,5 (364) 4,3 (630) 5,8 (842) 9,0 (1315)
2. Подвергнутый обработке шлак после рассеивания (95% меньше чем 30 микрон) 6,6 (962) 14,3 (2079) 20,1 (2903) 28,7 (4158)
3. Подвергнутая обработке зола-унос с обработанным шлаком (готовый продукт 95% меньше чем 30 микрон) 8,8 (1269) 19,1 (2769) 27,0 (3911) 35,2 (5108)
4. Смесь 50/50 цемента типа I и доменного шлака (удельная поверхность по Блейну 4000 см2/г) 25-28 Мпа 30-38 МПа

Полученные результаты испытаний показывают, что настоящее изобретение позволяет превращать совершенно инертную фракцию крупных частиц золы-уноса с нулевой пуццоланической активностью в реакционно-способную фракцию, которая приводит к значительному увеличению прочности. Цемент с добавками, содержащий 50% портландцемента и 50% золы-уноса, обработанной согласно настоящему изобретению, продемонстрировал при времени отверждения 28 дней прочность, которая составляет 35 - 40 МПа, что соответствует средней прочности, достигаемой для цементов типа I и его смесей 50/50 с высококачественным доменным шлаком.

В дополнение к значительным преимуществам рабочей характеристики, связанным с высокой износостойкостью, и так далее, настоящее изобретение также позволяет получить важный экологический эффект, связанный с возможностью использования для производства бетона низкоактивных зол, которые обычно в качестве отходов подвергали захоронению на полигонах.

Выше были описаны несколько вариантов осуществления изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается описанными выше примерами вариантов осуществления и может быть изменено в формуле изобретения.

1. Способ переработки пуццоланов, включающих шлак и золу-унос, такую как зола-унос Class F и/или Class С, используемую для производства строительных растворов и бетонных смесей, в котором пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, отличающийся тем, что неценосферные частицы в форме крупных частиц шлака распадаются, и в результате чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется, и причем пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам:
≤5 мкм 15-25 вес.%,
≤10 мкм 30-40 вес.%,
≤30 мкм 90-95 вес.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 90% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм для достижения прочности в соответствии с пуццоланическим индексом ASTM С 618 после 28 дней, который ≥75%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 95% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 99% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют портландцемент в количестве до 10% по весу во время или после указанной переработки пуццолана.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность, в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.



 

Похожие патенты:
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 способу производства цемента с минеральной добавкой. .
Изобретение относится к составу минеральной добавки и может найти применение при производстве строительных материалов. .

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и используется при цементировании глубоких скважин в сложных геологических условиях и на месторождениях на поздней стадии разработки, в геологическом разрезе которых имеются поглощающие пласты и пласты, склонные к гидроразрыву.
Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения портландцементов, используемых в строительстве на Севере. .

Изобретение относится к составам бетонной смеси, цементу, модифицированному добавкой, и добавки для бетонной смеси и может найти применение в строительстве при изготовлении монолитных и сборных бетонных или железобетонных изделий и конструкций, в торкрет-массах, а также в нефтедобывающей отрасли при изготовлении тампонажных и изоляционных цементных материалов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий на основе щелочных вяжущих. .

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к составам вяжущих, и может быть использовано в сухих смесях для производства модифицированных бетонов.

Изобретение относится к способу получения пуццоланового материала сжиганием при точно выбранных режимах, каолинсодержащего материала, такого как бумажная макулатура и другие отходы, остающиеся от рецикловой переработки бумажной макулатуры при вторичном использовании в бумажной промышленности, причем конечным продуктом является материал с пуццолановыми свойствами, причем сжигание происходит в псевдоожиженном слое при температуре 720 - 850oC, предпочтительно 780oC, при этом во вторичной камере сгорания поддерживается такая же или более низкая температура.

Изобретение относится к производству наполнителей бетонов и промышленности строительных материалов и может быть использовано при приготовлении бетонов или строительных растворов, используемых в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций для сборного и монолитного строительства.
Изобретение относится к способу получения гипсового вяжущего. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций из кислотостойких бетонов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций из бетонов. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций из кислотостойких бетонов.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам и устройствам для электромагнитной обработки бетонной смеси. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, главным образом к получению пенокерамики, и может быть использовано для различных изделий для строительства эффективных конструкций жилых, промышленных и общественных зданий и других строительных объектов, а также для изготовления изделий декоративного назначения для устройства ландшафта местности и иных целей.

Изобретение относится к эмульгирующим полимерам, к применению этих полимеров для стабильного эмульгирования гидрофобных добавок в водные пластификаторы бетона. .
Наверх