СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗОЛОПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ИЗ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Российский патент 2009 года по МПК C04B7/52 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве золопортландцемента из высококальциевой золы тепловых электростанций (ТЭЦ).

Известен способ получения сланцезольного портландцемента путем совместного помола портландцементного клинкера и высококальциевой золы фракции с размером зерен преимущественно около 15 мкм от сжигания горючих сланцев. Высококальциевую золу вводят в количестве 18-28% от общей массы составляющих сланцезольного портландцемента (см. Рояк С.М. Специальные цементы / С.М.Рояк, Г.С.Рояк. - М.: Стройиздат, 1983. - С.218-220).

Недостатком описанного способа являются узкие технологические возможности его осуществления вследствие применения при производстве этого портландцемента только мельчайшей фракции золы с размером зерен около 15 мкм, а также небольшого количества заменяемого клинкера высококальциевой золой 18-28% от общей массы составляющих сланцезольного портландцемента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ изготовления золопортландцемента, включающий совместный помол портландцементного клинкера, двуводного гипса и высококальциевой золы ТЭЦ в количестве 10-20% от общей массы составляющих золопортландцемента. Этот способ используют на Красноярском цементном заводе (см. Аллилуева Е.И. Золошлаки от сжигания бурых углей - активная минеральная добавка в цемент / Е.И.Аллилуева. // Цемент и его применение. - 2004. - №3. - С.26-27).

Основным недостатком данного способа является снижение активности полученного золосодержащего вяжущего на 12-17% при пропаривании и на 8-13% при твердении в нормальных условиях по сравнению с контрольным беззольным цементом, изготовленным из того же клинкера, а также повышенные экономические затраты на осуществление способа в связи с низким количеством вводимой золы (см. Аллилуева Е.И. Золошлаки от сжигания бурых углей - активная минеральная добавка в цемент / Е.И.Аллилуева. // Цемент и его применение. - 2004. - №3. - С.26.- табл.2, №1).

Задачей изобретения является получение предложенным способом золопортландцемента со значительной заменой клинкера золой, альтернативного традиционному беззольному портландцементу по своим строительно-техническим свойствам и более экономичного, при сохранении активности, сроков схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема (табл.3).

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы ТЭЦ, включающем помол портландцементного клинкера, двуводного гипса и указанной золы, согласно изобретению после помола портландцементного клинкера и двуводного гипса осуществляют дополнительный помол полученного портландцемента с указанной золой и дополнительно вводимой минеральной добавкой, в качестве которой используют микрокремнезем, или доменный гранулированный шлак, или диатомит, или цеолитовый туф, или трепел, при затратах энергии на указанный дополнительный помол Е, составляющих 27-150% от затрат энергии на помол портландцементного клинкера и двуводного гипса и определяемых из следующего соотношения:

где ВКЗ - количество указанной золы, % от массы золопортландцемента,

СаО^свобсумм - содержание в указанной золе свободного суммарного оксида кальция, % от ее массы,

МД - количество минеральной добавки, % от массы золопортландцемента,

а - коэффициент, равный 0,45,

b - коэффициент, равный 2,5,

с - коэффициент, равный 8.

Дополнительный помол можно осуществлять в шаровой, или вибрационной, или ударной мельнице.

Предложенный способ позволяет получать золопортландцементы со свойствами, не уступающими обычному беззольному портландцементу и удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к цементам по активности, срокам схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема. Это обеспечивается за счет введения минеральной добавки при дополнительном помоле, в процессе которого происходит усреднение смеси составляющих компонентов.

Высококальциевые золы ТЭЦ от сжигания бурых углей характеризуются большим интервалом изменения содержания суммарного свободного оксида кальция (СаО^свобсумм) - от 0,8 до 15,0 мас.%, а коэффициент вариации содержания СаО^свобсумм может достигать 40%. Использование в процессе изготовления золопортландцемента высококальциевых зол со значительным содержанием свободной извести может привести при гидратации материала к образованию «замедляющего слоя» из эттрингитоподобных фаз на поверхности зерен СаО, что способствует замедлению гидратации извести, а следовательно, возникновению деструктивных явлений в процессе твердения золопортландцемента и снижению активности готового материала. Введение кислой активной минеральной добавки с высоким содержанием активного кремнезема SiO₂, в качестве которой используют микрокремнезем, или доменный гранулированный шлак, или диатомит, или цеолитовый туф, или трепел, при производстве золопортландцемента позволяет связать свободный оксид кальция в процессе гидратации золоцементного вяжущего с образованием дополнительного количества гидросиликатов кальция, что не только устраняет деструкцию, но и позволяет повысить количество вводимой золы и обеспечивает дополнительную прочность, то есть активность, затвердевшего материала.

Производимый дополнительный помол высококальциевой золы в смеси с портландцементом и минеральной добавкой позволяет повысить прочность получаемого вяжущего за счет устранения возможных деструктивных явлений в затвердевшем золоцементном камне, связанных с наличием в золе значительного количества свободной извести, находящейся в виде пережога, а также с вариабельностью изменения состава и свойств высококальциевой золы, являющейся отходом после сжигания на ТЭЦ бурых углей, значительно отличающихся по своему химическому составу. То, что дополнительный помол золы осуществляют не с клинкером, а с уже молотым цементом, снижает количество недомалываемого материала, повышает дисперсность и активность получаемого вяжущего.

Наиболее важной характеристикой, от которой зависят все свойства конечного золопортландцемента, при помоле является время, в течение которого размалывают материал. Однако время, затрачиваемое на достижение одной и той же дисперсности, при помоле в различных помольных установках неодинаково, что затрудняет получение вяжущего со стабильными характеристиками. Этот недостаток устраняется в предложенном способе изготовления золопортландцемента, в котором за основной параметр принимают первоначальную энергию, затрачиваемую на стадии помола портландцементного клинкера и двуводного гипса, а далее дополнительный помол осуществляют с энергией, составляющей 27-150% от первоначальной, в зависимости от содержания в исходной золе суммарного свободного оксида кальция (СаО^свобсумм), состоящего из свободного оксида кальция открытого (CaO^своботкр) и закрытого остеклованной оболочкой (СаО^свобзакр). При дополнительном помоле разрушается остеклованная оболочка, закрывающая частицы свободной извести и препятствующая ее гидратации. Достаточная интенсивность вскрытия закрытого СаО^своб достигается за время, соответствующее 27% энергии помола, при этом вскрывается около 50% от количества суммарной свободной извести золы, поэтому минимальной энергией дополнительного помола, при которой гарантированно устраняются деструктивные явления в процессе твердения золопортландцемента, является 27% от требуемой энергии помола портландцементного клинкера и двуводного гипса на портландцемент. Однако процесс вскрытия закрытого СаО^своб не бесконечен, и после достижения максимального вскрытия свободной извести за счет разрушения остеклованной оболочки «открытые» частицы свободного оксида кальция с более развитой поверхностью активнее начинают гидратироваться и карбонизоваться, то есть количество свободной извести сокращается. Поэтому дополнительный помол с затратами энергии свыше 150% от требуемой энергии помола портландцементного клинкера и двуводного гипса на портландцемент нецелесообразен, так как при этой максимальной энергии вскрывается 95-100% суммарного свободного оксида кальция.

Таким образом, оптимальную энергию помола составляющих при производстве золопортландцемента определяют по соотношению (1), учитывающему количество вводимой высококальциевой золы, содержание в ней суммарного свободного оксида кальция и количество минеральной добавки.

Предложенный способ изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы ТЭЦ поясняется табл.1, в которой приведены химические составы портландцементного клинкера и минеральных добавок; табл.2, в которой приведены свойства высококальциевой золы и содержание в ней свободного оксида кальция; табл.3, в которой приведены свойства золопортландцемента из высококальциевой золы ТЭЦ с различными минеральными добавками, полученного в соответствии с предложенным способом, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента, полученного в соответствии со способом-прототипом.

Способ изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы осуществляется следующим образом. Портландцементный клинкер и двуводный гипс размалывают до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г, с получением портландцемента. Затем осуществляют дополнительный помол полученного портландцемента с высококальциевой золой и минеральной добавкой при затратах энергии, составляющих 27-150% от требуемой энергии помола портландцементного клинкера и двуводного гипса на портландцемент. Затраты энергии на дополнительный помол определяют по количеству добавляемой высококальциевой золы, содержанию в ней свободного суммарного оксида кальция и количеству минеральной добавки из соотношения (1).

В качестве минеральной добавки можно использовать микрокремнезем, или доменный гранулированный шлак, или диатомит, или цеолитовый туф, или трепел.

Пример 1

Для проведения сравнительных исследований активности, то есть прочности, сроков схватывания, дисперсности, то есть тонкости помола, и равномерности изменения объема вяжущих осуществляли процессы получения золопортландцемента в соответствии с предложенным способом при использовании в качестве минеральной добавки микрокремнезема, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента в соответствии со способом, выбранным в качестве прототипа.

В качестве сырьевых материалов использовали приведенные ниже компоненты, взятые в трех видах соотношений:

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №3, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №3); микрокремнезем конденсированный, являющийся попутным продуктом металлургического производства ферросплавов Новокузнецкого завода, по ТУ 5743-048-02495332-96 с индексом активности 94%, химический состав микрокремнезема приведен в табл.1, №2, в количестве 2,5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №3);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №8, в количестве 30% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №8); микрокремнезем конденсированный, являющийся попутным продуктом металлургического производства ферросплавов Новокузнецкого завода, по ТУ 5743-048-02495332-96 с индексом активности 94%, химический состав микрокремнезема приведен в табл.1, №2, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №8);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №9, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №9); микрокремнезем конденсированный, являющийся попутным продуктом металлургического производства ферросплавов Новокузнецкого завода, по ТУ 5743-048-02495332-96 с индексом активности 94%, химический состав микрокремнезема приведен в табл.1, №2, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №9).

За контрольный цемент принимали беззольный портландцемент, который получали по стандартной технологии путем совместного помола в мельнице портландцементного клинкера и двуводного гипса до остатка на сите с размером ячеек 80 микрон, равного таковому остатку при просеивании цемента, изготовленного на Голухинском цементном заводе. Энергию помола контрольного портландцемента принимали за 100%, что для лабораторной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час.

Портландцементный клинкер в количестве 95% и двуводный гипс в количестве 5% размалывали в шаровой мельнице до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г. Энергию, затрачиваемую на помол в конкретной лабораторной мельнице при стандартной загрузке мельницы мелющими телами для получения портландцемента с указанной дисперсностью, принимали за 100% энергии помола, что для данной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час. Полученный в результате данного помола портландцемент, имеющий остаток на сите №008 с размером ячеек 80 микрон 9,8% и удельную поверхность 2480 см²/г, совместно с высококальциевой золой и микрокремнеземом в каждом из вышеописанных трех видов соотношений (табл.3, №№3, 8, 9) подвергали дополнительному помолу в такой же шаровой мельнице, с затратами энергии, определяемыми из соотношения (1) следующим образом:

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №3 и 3, №3 и микрокремнезема в соответствии с табл.3, №3

Е=0,45*35*6,77-2,5*2,5+8=108% от энергии помола клинкера на портландцемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 1,62 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №8 и 3, №8 и микрокремнезема в соответствии с табл.3, №8

Е=0,45*30*7,94-2,5*5+8=103% от энергии помола клинкера на портландцемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 1,545 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №9 и 3, №9 и микрокремнезема в соответствии с табл.3, №9

Е=0,45*35*5,65-2,5*5+8=84% от энергии помола клинкера на портландцемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 1,26 кВт·час.

Полученный предложенным способом золопортландцемент испытывали по ГОСТ 310.1-310.4 и сравнивали с контрольным беззольным портландцементом, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.3).

Из полученных данных в соответствии с табл.3 (№№3, 8, 9) следует, что золопортландцемент с добавкой микрокремнезема, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу: имеет прочность в нормативные сроки нормального твердения (28 суток), превышающую прочность контрольного беззольного портландцемента на 18,5-21,0%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, на 13,0-23,5% (при большем количестве клинкера, заменяемого золой) и соответствует марке цемента по активности не ниже М400, сроки схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, удельную поверхность, превышающую контрольную на 900-1320 см²/г. Все образцы предложенного золопортландцемента с добавкой микрокремнезема выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Пример 2

Для проведения сравнительных исследований активности, то есть прочности, сроков схватывания, дисперсности, то есть тонкости помола, и равномерности изменения объема вяжущих осуществляли процессы получения золопортландцемента в соответствии с предложенным способом при использовании в качестве минеральной добавки доменного гранулированного шлака, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента в соответствии со способом, выбранным в качестве прототипа.

В качестве сырьевых материалов использовали приведенные ниже компоненты, взятые в трех видах соотношений:

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №4, в количестве 40% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №4); доменный гранулированный шлак ОАО «Западно-Сибирский МК» города Новокузнецка, химический состав которого приведен в табл.1, №3, в количестве 8% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №4);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №10, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №10); доменный гранулированный шлак ОАО «Западно-Сибирский МК» города Новокузнецка, химический состав которого приведен в табл.1, №3, в количестве 8% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №10);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №13, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №13), доменный гранулированный шлак ОАО «Западно-Сибирский МК» города Новокузнецка, химический состав которого приведен в табл.1, №3, в количестве 8% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №13).

За контрольный цемент принимали беззольный портландцемент, который получали по стандартной технологии путем совместного помола в мельнице портландцементного клинкера и двуводного гипса до остатка на сите с размером ячеек 80 микрон, равного таковому остатку при просеивании цемента, изготовленного на Голухинском цементном заводе. Энергию помола контрольного портландцемента принимали за 100%, что для лабораторной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час.

Портландцементный клинкер в количестве 95% и двуводный гипс в количестве 5% размалывали в шаровой мельнице до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г. Энергию, затрачиваемую на помол в конкретной лабораторной мельнице при стандартной загрузке мельницы мелющими телами для получения портландцемента с указанной дисперсностью, принимали за 100% энергии помола, что для данной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час. Полученный в результате данного помола портландцемент, имеющий остаток на сите №008 с размером ячеек 80 микрон 9,8% и удельную поверхность 2480 см²/г, совместно с высококальциевой золой и доменным гранулированным шлаком ОАО «Западно-Сибирский МК» города Новокузнецка в каждом из вышеописанных трех видов соотношений (табл.3, №№4, 10, 13) подвергали дополнительному помолу в такой же шаровой мельнице, с затратами энергии, определяемыми из соотношения (1) следующим образом:

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №4 и 3, №4 и доменного гранулированного шлака в соответствии с табл.3, №4

Е=0,45*40*3,11-2,5*8+8=44% от энергии помола клинкера на портландцемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,66 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №10 и 3, №10 и доменного гранулированного шлака в соответствии с табл.3, №10

Е=0,45*35*3,85-2,5*8+8=48% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,72 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №13 и 3, №13 и доменного гранулированного шлака в соответствии с табл.3, №13

Е=0,45*35*4,33-2,5*8+8=56% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,84 кВт·час.

Полученный предложенным способом золопортландцемент испытывали по ГОСТ 310.1-310.4 и сравнивали с контрольным беззольным портландцементом, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.3).

Из полученных данных в соответствии с табл.3 (№№4, 10, 13) следует, что золопортландцемент с добавкой доменного гранулированного шлака, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу: имеет прочность в нормативные сроки нормального твердения (28 суток), превышающую прочность контрольного беззольного портландцемента на 12-17%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, на 7,0-18,7% (при большем количестве клинкера, заменяемого золой) и соответствует марке цемента по активности не ниже М400, сроки схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, удельную поверхность, превышающую контрольную на 550-1390 см²/г. Все образцы предложенного золопортландцемента с добавкой доменного гранулированного шлака выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Пример 3

Для проведения сравнительных исследований активности, то есть прочности, сроков схватывания, дисперсности, то есть тонкости помола, и равномерности изменения объема вяжущих осуществляли процессы получения золопортландцемента в соответствии с предложенным способом при использовании в качестве минеральной добавки диатомита, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента в соответствии со способом, выбранным в качестве прототипа.

В качестве сырьевых материалов использовали приведенные ниже компоненты, взятые в трех видах соотношений:

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №1, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №1); диатомит Инзенского месторождения, химический состав диатомита приведен в табл.1, №4, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №1);

портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих золопортландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №8, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №7); диатомит Инзенского месторождения, химический состав которого приведен в табл.1, №4, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №7);

портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №11, в количестве 35% от общей массы составляющих золопортландцемента, диатомит Инзенского месторождения, химический состав диатомита приведен в табл.1, №4, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №11).

За контрольный цемент принимали беззольный портландцемент, который получали по стандартной технологии путем совместного помола в мельнице портландцементного клинкера и двуводного гипса до остатка на сите с размером ячеек 80 микрон, равного таковому остатку при просеивании цемента, изготовленного на Голухинском цементном заводе. Энергию помола контрольного портландцемента принимали за 100%, что для лабораторной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час.

Портландцементный клинкер в количестве 95% и двуводный гипс в количестве 5% размалывали в шаровой мельнице до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г. Энергию, затрачиваемую на помол в конкретной лабораторной мельнице при стандартной загрузке мельницы мелющими телами для получения портландцемента с указанной дисперсностью, принимали за 100% энергии помола, что для данной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час. Полученный в результате данного помола портландцемент, имеющий остаток на сите №008 с размером ячеек 80 микрон 9,8% и удельную поверхность 2480 см²/г, совместно с высококальциевой золой и диатомитом в каждом из вышеописанных трех видов соотношений (табл.3, №№1, 7, 11) подвергали дополнительному помолу в вибрационной мельнице с затратами энергии, определяемыми из соотношения (1) следующим образом:

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №1 и 3, №1 и диатомита в соответствии с табл.3, №1

Е=0,45*35*4,0-2,5*5+8=58,5% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,88 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №7 и 3, №7 и диатомита в соответствии с табл.3, №7

Е=0,45*35*5,74-2,5*5+8=86% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 1,29 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №11 и 3, №11 и диатомита в соответствии с табл.3, №11

Е=0,45*35*5,35-2,5*5+8=80% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 1,2 кВт·час.

Полученный предложенным способом золопортландцемент испытывали по ГОСТ 310.1-310.4 и сравнивали с контрольным беззольным портландцементом, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.3).

Из полученных данных в соответствии с табл.3 (№№1, 7, 11) следует, что золопортландцемент с добавкой диатомита, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу: имеет прочность в нормативные сроки нормального твердения (28 суток), превышающую прочность контрольного беззольного портландцемента на 5,6-14,7%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, на 0,8-16,5% (при большем количестве клинкера, заменяемого золой) и соответствует марке цемента по активности не ниже М400, сроки схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, удельную поверхность, превышающую контрольную на 1280-1500 см²/г. Все образцы предложенного золопортландцемента с добавкой диатомита выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Пример 4

Для проведения сравнительных исследований активности, то есть прочности, сроков схватывания, дисперсности, то есть тонкости помола, и равномерности изменения объема вяжущих осуществляли процессы получения золопортландцемента в соответствии с предложенным способом при использовании в качестве минеральной добавки цеолитового туфа, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента в соответствии со способом, выбранным в качестве прототипа.

В качестве сырьевых материалов использовали приведенные ниже компоненты, взятые в трех видах соотношений:

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №2, в количестве 40% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №2); цеолитовый туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край), химический состав цеолитового туфа приведен в табл.1, №5, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №2);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №5, в количестве 40% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №5); цеолитовый туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край), химический состав цеолитового туфа приведен в табл.1, №5, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №5);

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №12, в количестве 40% от общей массы составляющих золопортландцемента, цеолитовый туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край), химический состав цеолитового туфа приведен в табл.1, №12, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №12).

За контрольный цемент принимали беззольный портландцемент, который получали по стандартной технологии путем совместного помола в мельнице портландцементного клинкера и двуводного гипса до остатка на сите с размером ячеек 80 микрон, равного таковому остатку при просеивании цемента, изготовленного на Голухинском цементном заводе. Энергию помола контрольного портландцемента принимали за 100%, что для лабораторной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час.

Портландцементный клинкер в количестве 95% и двуводный гипс в количестве 5% размалывали в шаровой мельнице до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г. Энергию, затрачиваемую на помол в конкретной лабораторной мельнице при стандартной загрузке мельницы мелющими телами для получения портландцемента с указанной дисперсностью, принимали за 100% энергии помола, что для данной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час. Полученный в результате данного помола портландцемент, имеющий остаток на сите №008 с размером ячеек 80 микрон 9,8% и удельную поверхность 2480 см²/г, совместно с высококальциевой золой и цеолитовым туфом в каждом из вышеописанных трех видов соотношений (табл.3, №№2, 5, 12) подвергали дополнительному помолу в мельнице ударного действия с затратами энергии, определяемыми из соотношения (1) следующим образом:

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №2 и 3, №2 и цеолитового туфа в соответствии с табл.3, №2

Е=0,45*40*2,48-2,5*5+8=40% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,6 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №5 и 3, №5 и цеолитового туфа в соответствии с таблицей 3, №5

Е=0,45*40*2,82-2,5*5+8=46% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,69 кВт·час;

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №12 и 3, №12 и цеолитового туфа в соответствии с табл.3, №12

Е=0,45*40*3,59-2,5*5+8=60% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,9 кВт·час.

Полученный предложенным способом золопортландцемент испытывали по ГОСТ 310.1-310.4 и сравнивали с контрольным беззольным портландцементом, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.3).

Из полученных данных в соответствии с табл.3 (№№2, 5, 12) следует, что золопортландцемент с добавкой цеолитового туфа, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу: имеет прочность в нормативные сроки нормального твердения (28 суток), превышающую прочность контрольного беззольного портландцемента на 2,4-5,3%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, на 4-7% (при замене клинкера золой с 2 раза большим количеством по сравнению с прототипом) и соответствует марке цемента по активности не ниже М400, сроки схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, удельную поверхность, превышающую контрольную на 630-1160 см²/г. Все образцы предложенного золопортландцемента с добавкой цеолитового туфа выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Пример 5

Для проведения сравнительных исследований активности, то есть прочности, сроков схватывания, дисперсности, то есть тонкости помола, и равномерности изменения объема вяжущих осуществляли процессы получения золопортландцемента в соответствии с предложенным способом при использовании в качестве минеральной добавки трепела, контрольного беззольного портландцемента и золопортландцемента в соответствии со способом, выбранным в качестве прототипа.

В качестве сырьевых материалов использовали приведенные ниже компоненты, взятые в следующем соотношении:

- портландцементный клинкер Голухинского цементного завода, химический состав которого приведен в табл.1, №1, в количестве 95% от общей массы составляющих портландцемента; двуводный гипсовый камень с содержанием CaSO₄·2H₂O 84% в количестве 5% от общей массы составляющих портландцемента; пробу высококальциевой золы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского месторождения, состав и свойства которой приведены в табл.2, №6, в количестве 30% от массы портландцемента (табл.3, №6); трепел Хотынецкого месторождения, химический состав трепела приведен в табл.1, №6, в количестве 5% от общей массы составляющих золопортландцемента (табл.3, №6).

За контрольный цемент принимали беззольный портландцемент, который получали по стандартной технологии путем совместного помола в мельнице портландцементного клинкера и двуводного гипса до остатка на сите с размером ячеек 80 микрон, равного таковому остатку при просеивании цемента, изготовленного на Голухинском цементном заводе. Энергию помола контрольного портландцемента принимали за 100%, что для лабораторной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час.

Портландцементный клинкер в количестве 95% и двуводный гипс в количестве 5% размалывали в шаровой мельнице до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г. Энергию, затрачиваемую на помол в конкретной лабораторной мельнице при стандартной загрузке мельницы мелющими телами для получения портландцемента с указанной дисперсностью, принимали за 100% энергии помола, что для данной шаровой мельницы составляет 1,5 кВт·час. Полученный в результате данного помола портландцемент, имеющий остаток на сите №008 с размером ячеек 80 микрон, 9,8% и удельную поверхность 2480 см²/г, совместно с высококальциевой золой и трепелом в описанном соотношении (табл.3, №6) подвергали дополнительному помолу в такой же шаровой мельнице с затратами энергии, определяемыми из соотношения (1) следующим образом:

- для высококальциевой золы в соответствии с табл.2, №6 и 3, №6 и трепела в соответствии с табл.3, №6

Е=0,45*30*2,37-2,5*5+8=27% от энергии помола клинкера на цемент, для лабораторной шаровой мельницы эти затраты составляют 0,4 кВт·час.

Полученный предложенным способом золопортландцемент испытывали по ГОСТ 310.1-310.4 и сравнивали с контрольным беззольным портландцементом, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.3).

Из полученных данных в соответствии с табл.3 (№6) следует, что золопортландцемент с добавкой трепела, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу: имеет прочность в нормативные сроки нормального твердения (28 суток) не ниже прочности контрольного беззольного портландцемента и прочности золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, и соответствует марке цемента М400, сроки схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, удельную поверхность, превышающую контрольную на 710 см²/г. Все образцы предложенного золопортландцемента с добавкой трепела выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Таким образом, предложенный способ позволяет сохранить активность, сроки схватывания, дисперсность и равномерность изменения объема изготовляемого золопортландцемента при высокой экономической эффективности вследствие увеличения количества клинкера, заменяемого высококальциевой золой.

Таблица 1 Химические составы портландцементного клинкера и минеральных добавок № п/п Наименование материала Содержание основных оксидов, мас.% Остальное, мас.% SiO₂ Аl₂О₃ Fе₂О₃ CaO MgO SO₃ R₂О 1 Портландцементный клинкер 21,58 5,66 4,01 66,7 1,32 0,53   0,20 2 Микрокремнезем 88,27 0,61 2,48 0,65 1,1 - 6,81 0,08 3 Доменный гранулированный шлак 36,3 12,39 0,50 37,45 10,79 - 0,65 1,92 4 Диатомит 82,77 3,10 2,37 0,85 1,71 - 1,56 7,64 5 Цеолитовый туф 68,8 12,77 2,46 2,50 1,79 - 3,83 7,85 6 Трепел 79,67 10,37 3,77 1,64 1,25 - 2,8 0,50

Изобретение может быть использовано в промышленности строительных материалов при производстве золопортландцемента из высококальциевой золы тепловых электростанций - ТЭЦ. По способу изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы ТЭЦ осуществляют помол портландцементного клинкера и двуводного гипса, после чего дополнительный помол полученного портландцемента с золой и дополнительно вводимой минеральной добавкой - микрокремнеземом, или доменным гранулированным шлаком, или диатомитом, или цеолитовым туфом, или трепелом. Затраты энергии на дополнительный помол Е составляют 27-150% от затрат энергии на помол портландцементного клинкера и двуводного гипса и определяются из соотношения E=a·BKЗ·CaO^cвoбcyмм - b·МД+с, где ВКЗ - количество золы, % от массы золопортландцемента, СаО^свобсумм - содержание в золе свободного суммарного оксида кальция, % от ее массы, МД - количество минеральной добавки, % от массы золопортландцемента, а=0,45, b=2,5, с=8. Дополнительный помол осуществляют в шаровой, или вибрационной, или ударной мельнице. Технический результат - возможность получения золопортландцемента со значительной заменой клинкера золой, экономичного и не уступающего беззольному портландцементу по строительно-техническим свойствам, сохранение активности, сроков схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема цемента. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы тепловых электростанций, включающий помол портландцементного клинкера, двуводного гипса и указанной золы, отличающийся тем, что после помола портландцементного клинкера и двуводного гипса осуществляют дополнительный помол полученного портландцемента с указанной золой и дополнительно вводимой минеральной добавкой, в качестве которой используют микрокремнезем, или доменный гранулированный шлак, или диатомит, или цеолитовый туф, или трепел, при затратах энергии на указанный дополнительный помол Е, составляющих 27-150% от затрат энергии на помол портландцементного клинкера и двуводного гипса, и определяемых из следующего соотношения:
Е=а·ВКЗ·СаО^свобсумм - b·МД+с,
где ВКЗ - количество указанной золы, % от массы золопортландцемента,
СаО^свобсумм - содержание в указанной золе свободного суммарного оксида кальция, % от ее массы,
МД - количество минеральной добавки, % от массы золопортландцемента,
а - коэффициент, равный 0,45,
b - коэффициент, равный 2,5,
с - коэффициент, равный 8.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный помол осуществляют в шаровой, или вибрационной, или ударной мельнице.