Патент на изобретение №2194676

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу обработки цементного клинкера. Способ обработки цементного клинкера ведут посредством измельчения клинкера в трубчатой мельнице при одновременном добавлении в мельницу воды, гипса, а также возможно водопонижающей добавки. В соответствии с изобретением вода имеет pH приблизительно 9-13, и ее вводят в мельницу в процессе измельчения клинкера. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов часть микронаполнителя и/или водопонижающей добавки смешивают с упомянутой водой с высокой величиной рН для получения суспензии, которую вводят в ходе процесса измельчения вместе с находящимися в сухом состоянии микронаполнителем и/или водопонижающей добавкой. Технический результат – повышение прочности и уменьшение пористости затвердевшей цементной пасты. 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способу обработки цементного клинкера, а более конкретно к способу обработки цементного клинкера в процессе его измельчения.

Цементный клинкер, к которому относится изобретение, предпочтительно представляет собой клинкер из портландцемента, хотя оно не ограничено клинкером из портландцемента, но может быть применено для других цементных клинкеров.

Ближайшее предшествующее техническое решение описано в заявке на Европейский патент ЕР 0081861 и в публикации WO 94/00403, в которых изложены способы измельчения клинкера из портландцемента с минеральными добавками и органической водопонижающей добавкой. В соответствии с последней упомянутой публикацией воду также добавляют в последнюю камеру мельницы с целью регулирования температуры.

В результате физической и химической адсорбции молекул водопонижающей добавки на частицах клинкера полученный измельченный цемент будет иметь пониженную потребность в воде, а также более высокую прочность по сравнению со стандартным портландцементом.

Одним из основных недостатков этого способа является трудность регулирования степени взаимодействия между клинкером из портландцемента и водопонижающей добавкой, причем эта реакция оказывает прямое влияние на нестабильность свойств готового цемента.

Такое же уменьшение потребности в воде может быть достигнуто также посредством добавления водопонижающей добавки непосредственно в бетон [вместе] с водой, в соответствии с обычными способами.

При использовании этих способов нельзя достичь заметного увеличения химической активности портландцемента.

Настоящее изобретение относится к способу обработки цементного клинкера в процессе измельчения клинкера и добавления при этом различных веществ для того, чтобы повысить прочностные свойства полученного цемента.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу обработки цементного клинкера посредством измельчения клинкера в трубчатой мельнице с добавлением при этом воды и гипса, а также, возможно, водопонижающей добавки, причем способ отличается введением в мельницу в процессе измельчения клинкера воды, которая имеет рН приблизительно 9-13.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на его различные варианты.

Цементный клинкер обычно обрабатывают посредством сначала нагрева клинкера или силикатного сырья в обжиговой печи при температуре 900-1450^oС, с тем, чтобы получить соединения 3CaOSiO₂, 2CaOSiO₂, 3СаОAl₂О₃ и 4СаОАl₂O₃SiO₂. В результате этого процесса обработки получают обычный портландцемент.

На втором этапе клинкер измельчают вместе с гипсом до получения частиц с размерами в диапазоне 10-20 микрон в трубчатой мельнице, в которой находятся стальные шары. В ходе процесса измельчения добавляют воду. Настоящее изобретение относится к этому второму этапу.

В соответствии с настоящим изобретением вода имеет рН около 9-13, и ее вводят в мельницу в процессе измельчения клинкеров.

В соответствии с одним из наиболее предпочтительных вариантов настоящего изобретения добавляемую воду доводят до этой величины рН посредством электролиза.

Таким образом, в мельницу вводят ионы ОН^–. Эти ионы образуют высокоактивные радикалы, которые прикрепляются к поверхности негидратированных цементных частиц и содействуют образованию комплекса qCaOmSiO₂nH₂O. Этот комплекс образуется на поверхности цементных частиц.

Таким образом, в результате измельчения клинкера в трубчатой мельнице образуется сухой продукт, который состоит из цементных частиц, имеющих диаметр 10-20 микрон, причем эти частицы являются предварительно гидратированными настолько, чтобы их поверхность оказалась покрыта либо полностью, либо частично предварительно образованным гидратированным покрытием, которое содержит упомянутый комплекс.

Благодаря тому, что частицы предварительно гидратированы, они химически очень активны. Адсорбция ОН^– радикалов на поверхности частиц клинкера приводит в результате к образованию комплекса и активизации благодаря образованию пленки гидросиликатов на частицах. Этот комплекс действует как затравка для последующей реакции с водой. В комбинации это приводит в результате к значительному улучшению развития прочности цементной пасты и уменьшению пористости, как станет очевидно из следующих далее примеров.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов в ходе процесса измельчения добавляют микронаполнитель и/или водопонижающую добавку.

В соответствии с одним из весьма предпочтительных вариантов настоящего изобретения часть микронаполнителя и/или водопонижающей добавки смешивают с водой с упомянутым высоким значением рН для образования суспензии, которую вводят в мельницу в ходе процесса измельчения, в то время как сухой микронаполнитель и/или водопонижающую добавку добавляют в ходе процесса измельчения.

Предпочтительно, чтобы водопонижающая добавка была превращена в суспензию и чтобы рН этой суспензии был доведен до упомянутой величины посредством электролиза до введения суспензии в мельницу.

Соотношение между сухим веществом/веществами и суспензией предпочтительно должно находиться в диапазоне от 95/5 вес.% до 85/15 вес.%.

Жидкая фаза суспензии предпочтительно должна превышать 50% от веса суспензии.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом микронаполнитель в форме содержащих SiO₂ веществ, таких как шлак доменной печи и известняк, загружают в трубчатую мельницу в количестве до 80% от суммарного веса микронаполнителя, водопонижающей добавки и воды, добавляемых в мельницу.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом водопонижающая добавка в форме полимеров, таких как полимеры на основе лигносульфоната, которые содержат нафталин, или меламин, или их комбинации, добавляют в трубчатую мельницу в количестве вплоть до 5% от суммарного веса микронаполнителя, водопонижающей добавки и воды, добавляемых в мельницу.

Далее будет приведено несколько примеров. В следующей далее таблице приведены результаты, полученные для потребного количества воды, прочности на сжатие и пористости.

Пример 1
В трубчатую мельницу загрузили клинкер из портландцемента, имеющий химический состав в весовых %: С₃S=64,5, C₂S=11,0, С₃А=9,5, C₄AF=9,0, Na₂O=0,10 и К₂O= 0,25. Буква С в этой композиции представляет собой аббревиатуру СаО, буква А представляет собой аббревиатуру Al₂O₃, a F представляет собой аббревиатуру Fe₂O₃. Трубчатая мельница имела диаметр 1,5 м и длину 3,5 м. Гипс загружали вместе с клинкером портландцемента в количестве, составляющем 3% от веса клинкера, вместе с недистиллированной водой, взятой из обычной водопроводной системы. Эту воду подвергли электролизу в поле постоянного тока с плотностью 1,75 А/дм² и напряжением 380 В в течение двух минут, с тем, чтобы получить величину рН 11,2. Воду подавали в трубчатую мельницу в распыленном виде. Полученный цемент имел удельную площадь поверхности (Blaine) 4800 см²/г.

Полученный таким образом цемент смешивали с водой в смесителе Hobart в течение трех минут для получения цементной пасты стандартной консистенции. Цементную пасту залили в стальную форму кубической конфигурации, имеющую стороны высотой 20 мм, и подвергли компактированию на вибрационном стенде. Образец цементной пасты подвергли отверждению в воде при 20^oС, а затем подвергли испытаниям на сжатие.

Пример 2
Клинкер из портландцемента, соответствующий описанному в примере 1, измельчили обычным образом и получили образец цементной пасты в соответствии с описанным выше примером 1.

Пример 3
Клинкер из портландцемента, соответствующий описанному в примере 1, измельчили в соответствии с примером 1 вместе с предварительно измельченным известняком в качестве микронаполнителя, причем упомянутый известняк имел удельную поверхность (Blaine) 3000 см²/г. Предварительно измельченный известняк имел полный вес, составляющий 15 вес.% от веса цемента, и был загружен в двух различных состояниях, а именно 80% в твердом, сухом состоянии, а 20% – в состоянии суспензии с 35% воды.

Жидкая фаза суспензии содержала водопроводную воду, которую подвергали электролизу при 3,5 А/дм² и 380 В в течение двух минут для получения рН 11,5.

Суспензию загрузили в трубчатую мельницу в диспергированном состоянии. Суспензию загружали в мельницу вместе с клинкером, гипсом и сухим микронаполнителем. Полученный цемент имел удельную поверхность (Blaine) 4780 см²/г.

Образцы цементной пасты получили посредством процедуры, описанной в примере 1.

Пример 4
Клинкер из портландцемента и известняк в качестве микронаполнителя измельчили обычным образом, как в примере 3, с единственным отличием в том, что микронаполнитель добавляли в сухом состоянии. Полученный цемент имел удельную поверхность (Blaine) 4813 см²/г.

Образцы цементной пасты получили посредством процедуры, описанной в примере 1.

Пример 5
Использованная в данном примере процедура была такой же, как в примере 1, но за тем исключением, что в этом случае в систему добавляли разжижающий агент. Разжижающий агент был в форме 40%-ного раствора высокопластифицирующего агента типа меламина, а именно, Flyt 92^{, выпускаемый фирмой Cementa АВ, Швеция. Разжижающий агент добавляли в количестве, составляющем один весовой % от всего загруженного в мельницу сырья.}

Разжижающий агент добавляли в жидкую фазу суспензии перед тем, как ее подвергали электролизу.

Образцы цементной пасты получили в соответствии с примером 1.

Пример 6
Использованная в данном примере процедура была такой же, как в примере 2, а именно обычное измельчение, но за тем исключением, что разжижающий агент, соответствующий примеру 5, добавляли вместе с водой обычным образом в таком же количестве, как в примере 5, в процессе отливки цементной пасты.

Образцы цементной пасты получили посредством процедуры, описанной в примере 1.

Пример 7
Использованная в данном примере процедура была такой же, как в примере 1. Полученную цементную пасту затем обработали в соответствии со способом, описанным в Международной заявке на патент WP94/25411 (PCT/SE94/00389), по которому цементную пасту обрабатывали в течение тридцати минут в вибрационной мельнице, имеющей диаметр вибрационной окружности 10 мм и работающей при частоте 110 об/мин. Весовое отношение измельчающей среды к смеси составляло 9:1.

Образцы цементной пасты получили в соответствии с примером 1.

Пример 8
Использованная в данном примере процедура была такой же, как в примере 2. Полученную цементную пасту затем обработали в соответствии со способом, описанным в Международной заявке на патент WP94/25411 (PCT/SE94/00389); см. приведенный выше пример 7.

Колонка “потребное количество воды” в таблице означает количество воды, которое требуется для получения цементной пасты стандартной консистенции в процентах к весу цемента.

Как видно из приведенной таблицы, цементная паста, полученная в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, имеет более высокую механическую прочность и пониженную пористость. Потребность в воде, однако, приблизительно такая же.

Следовательно, должно быть очевидно, что в настоящем изобретении предложен портландцемент со значительно более высокой химической активностью, чем обычный портландцемент, которая выражается в том, что цементная паста твердеет более быстро при данной прочности и обладает значительно более высокой конечной прочностью.

Хотя изобретение описано выше со ссылкой на различные примеры, а также со ссылкой на различные варианты, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что вышеприведенные соотношения, относящиеся к используемым составам, могут быть модифицированы с помощью соответствующих испытаний, так чтобы получить цемент, который имеет нужные свойства.

Таким образом, вышеприведенные варианты не ограничивают сферу притязаний настоящего изобретения, поскольку в пределах сферы притязаний следующей далее формулы изобретения могут быть сделаны различные изменения.

Формула изобретения

1. Способ обработки цементного клинкера посредством измельчения упомянутого клинкера в трубчатой мельнице при одновременном добавлении воды, гипса, а также, возможно, водопонижающей добавки, отличающийся тем, что в процессе измельчения клинкера вводят воду, которая имеет рН приблизительно 9-13.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят воду, которую подвергают электролизу до упомянутой величины рН.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в ходе процесса измельчения вводят микронаполнитель и/или водопонижающую добавку.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что часть микронаполнителя и/или водопонижающей добавки смешивают с упомянутой водой, имеющей высокую величину рН, так чтобы получить суспензию, и суспензию вместе с находящимися в сухом состоянии микронаполнителем и/или водопонижающей добавкой вводят в мельницу в ходе процесса измельчения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отношение твердого вещества к суспензии находится в диапазоне от 95: 5 вес. % до 85: 15 вес. %.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что жидкая фаза суспензии превышает 50% от веса упомянутой суспензии.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в мельницу загружают микронаполнитель в форме веществ, содержащих SiО₂, таких как шлак доменной печи или известняк, в количестве, составляющем вплоть до 80% от суммарного веса загружаемых микронаполнителя, водопонижающей добавки и воды.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в мельницу загружают водопонижающую добавку в форме полимеров, таких как полимеры на основе лигносульфоната, которые содержат нафталин или меламин, либо их комбинацию, в количестве, составляющем до 5% от суммарного веса загружаемых микронаполнителя, водопонижающей добавки и воды.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что получают суспензию водопонижающей добавки и перед вводом суспензии в трубчатую мельницу ее подвергают электролизу, с тем чтобы получить упомянутую величину рН.

РИСУНКИ