ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Российский патент 2012 года по МПК C04B7/02 

Изобретение относится к составам портландцементов и может быть использовано для получения цементов, строительных растворов и бетонов на их основе.

Известен цемент, включающий портландцемент и каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 50-75; каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур 25-50 (патент RU 21023349 С1, МПК⁶ С04В 9/12).

Однако производство описанного цемента требует повышенных затрат энергии, что обусловлено использованием каустического доломита, требующего дополнительных энергетических затрат на предварительный обжиг.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению (прототипом) является портландцемент, содержащий дунит, двуводный гипс и портландцементный клинкер при следующем соотношении компонентов, мас.%: дунит 30-40; двуводный гипс 3; портландцементный клинкер остальное (патент RU 2168472 С2, МПК⁷ С04В 7/13).

При использовании известного вещества, принятого за прототип, основным недостатком является низкая ранняя и 28-суточная прочность цементного камня (см. таблицу 4) вследствие незначительной гидравлической активности дунита, причем необходимость тонкого измельчения дунита для повышения его гидравлической активности усложняет технологический процесс производства портландцемента и увеличивает его стоимость.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении возможности повышения ранней и 28-суточной прочности цементного камня при снижении себестоимости производства цемента.

Поставленная задача достигается тем, что цемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, согласно изобретению дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Предложенное содержание компонентов портландцемента необходимо и достаточно (см. таблицу 4) для получения портландцемента повышенной прочности.

Использование в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - сырым доломитом. При этом доломит в комплексе с доменным гранулированным шлаком участвует в реакциях гидратации с портландцементным клинкером, обеспечивая высокую раннюю и 28-суточную прочность цементного камня.

Содержание в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность получения быстротвердеющих цементов более высоких марок при одинаковых технологических параметрах подготовки и обработки сырья, например степени измельчения сырья. Доломит, входящий в состав портландцемента, является карбонатной горной породой осадочного происхождения, в которой преобладает минерал доломит, а также присутствуют единичные зерна кварцита (см. таблицу 1). В данном техническом решении необожженный доломит впервые используется в качестве минеральной добавки в цемент в оптимальном количестве 5-15 мас.%, так как при увеличении количества необожженного доломита более 15 мас.% и уменьшении количества доменного гранулированного шлака менее 5 мас.% происходит снижение 28-суточной прочности цементного камня, а при уменьшении количества необожженного доломита менее 5 мас.% и увеличении количества доменного гранулированного шлака более 15 мас.% ранняя и 28-суточная прочность цементного камня также снижается (см. таблицу 4).

Использование в составе портландцемента необожженного доломита позволяет обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при оптимальном расходе двуводного гипса 2,5-5,0 мас.% (см. таблицу 3). При введении двуводного гипса в количестве менее 2,5 мас.% наблюдается снижение прочности цементного камня (см. таблицу 4). Увеличение количества двуводного гипса более 5,0 мас.% не является целесообразным, так как при этом себестоимость портландцемента возрастает, а ранняя и 28-суточная прочность цементного камня незначительно снижается.

Так как в составе портландцемента общее количество необожженного доломита и доменного гранулированного шлака составляет 20 мас.%, то содержание портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.% является оптимальным и определяется количеством введенного двуводного гипса.

Изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведен химический состав доломита Таензинского месторождения (мас.%); таблицей 2, в которой приведены составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 3, в которой приведены реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 4, в которой приведены физико-механические свойства образцов из предложенного состава портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа.

Предложенный портландцемент содержит необожженный доломит, доменный гранулированный шлак портландцементный клинкер и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Пример конкретного выполнения.

Необожженный доломит измельчали в лабораторной щековой дробилке до фракции 10-20 мм. Далее компоненты портландцемента: портландцементный клинкер, шлак, измельченный необожженный доломит и двуводный гипс в заданных соотношениях согласно таблице 2, примеры №1-6, 8-12, 14-19, компоненты цемента, выбранного в качестве прототипа (см. таблицу 2, пример №20) и компоненты портландцемента контрольного состава: портландцементный клинкер, шлак и двуводный гипс согласно таблице 2, примеры №7, 13, подвергали совместному помолу в лабораторной шаровой мельнице до достижения удельной поверхности цемента 300-350 м²/кг и остатка на сите №008 - 8-12%. Удельную поверхность контролировали на приборе для измерения удельной поверхности частиц ПСХ-8А.

Для предложенного вяжущего оптимальным явился следующий состав, мас.%:

необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Сроки схватывания и нормальную густоту цементного теста (НГ) определяли по ГОСТ 310.3.

Предел прочности при изгибе и сжатии определяли по ГОСТ 310.4. Из цементного раствора, состоящего из 1 мас.ч. цемента состава согласно таблице 2, примеры №1-20 и 3 мас.ч. полифракционного песка, при консистенции раствора, характеризуемой расплывом конуса на встряхивающем столике 106-115 мм, готовили образцы-балочки размером 4×4×16 см в количестве 12 штук. Формование образцов проводили на виброуплотняющей установке. Образцы-балочки в формах хранили 24 часа в ванне с гидравлическим затвором, после чего расформовывали. Далее девять образцов хранили в течение 27 суток в воде. Три образца подвергали тепловлажностной обработке при температуре 80°С по режиму 3-6-3 часа.

Анализ результатов таблиц показывает, что:

- портландцемент контрольного состава, содержащий портландцементный клинкер, шлак и гипс, и цемент, выбранный в качестве прототипа, обладают более низкой ранней и 28-суточной прочностью по сравнению с предложенным портландцементом, имеющем в своем составе кроме указанных компонентов минеральную добавку -необожженный доломит (см. таблицу 4, примеры №7, 13, 20);

- оптимальное содержание необожженного доломита в количестве 5-15 мас.%, доменного гранулированного шлака в количестве 5-15 мас.%, портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.%, двуводного гипса в количестве 2,5-5,0 мас.% в составе портландцемента подтверждено повышенными показателями ранней и 28-суточной прочности соответствующих образцов (см. таблицу 4, примеры №3-5, 9-11, 15-17);

- введение в состав портландцемента необожженного доломита ускоряет набор ранней прочности цементного камня, что позволяет получать быстротвердеющие цементы (см. таблицу 4, примеры №3-5, 9-11, 15-17) и обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при малом расходе двуводного гипса (см. таблицу 3, примеры №2-6).

В результате проведенных исследований установлено, что образцы из портландцемента, изготовленные в соответствии с предложенным изобретением (см. таблицу 4, примеры №3-5, 9-11, 15-17), имеют раннюю и 28-суточную прочность при изгибе и сжатии выше по сравнению с аналогичными показателями прочности образцов из известных видов портландцементов и из цемента - прототипа (см. таблицу 4, примеры №7, 13, 20).

Таким образом, предлагаемый портландцемент имеет следующие преимущества:

- увеличены прочностные показатели в среднем на 44% по сравнению с прототипом и в среднем на 20% по сравнению с известными видами портландцементов обычного состава;

- отсутствует термическая обработка доломита, что приводит к снижению энергозатрат при производстве предлагаемого портландцемента;

- снижены энергозатраты за счет отсутствия необходимости предварительного тонкого измельчения добавки;

- осуществлена возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - необожженным доломитом, что способствует получению быстротвердеющих цементов более высоких марок при одновременном снижении себестоимости цементов.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию «промышленная применимость».

Таблица 1 Химический состав доломита Таензинского месторождения, мас.% п.п.п. СаО MgO SiO₂ Аl₂О₃ Fе₂О₃ SO₃ 46,43 31,92 21,22 0,28 0,08 0,07 -

Таблица 2 Составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа № состава Соотношение компонентов, мас.% Портландцементный клинкер Шлак Доломит Дунит Гипс 1 78,5 5 15 - 1,5 2 77,5 18 2 - 2,5 3 77,5 15 5 - 2,5 4 77,5 10 10 - 2,5 5 77,5 5 15 - 2,5 6 77,5 2 18 - 2,5 7 76,5 20 - - 3,5 8 76,5 18 2 - 3,5 9 76,5 15 5 - 3,5 10 76,5 10 10 - 3,5 11 76,5 5 15 - 3,5 12 76,5 2 18 - 3,5 13 75,0 20 - - 5,0 14 75,0 18 2 - 5,0 15 75,0 15 5 - 5,0 16 75,0 10 10 - 5,0 17 75,0 5 15 - 5,0 18 75,0 2 18 - 5,0 19 74,0 5 15 - 6,0 20, прототип 60 - - 37 3,0

Таблица 3 Реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа № состава Нормальная густота, % Сроки схватывания начало, час - мин конец, час - мин 1 30,50 2-00 5-50 2 25,50 2-30 3-30 3 25,75 2-15 3-30 4 26,00 2-15 3-20 5 25,75 3-40 4-20 6 25,75 3-40 4-25 7 25,50 2-45 3-55 8 25,50 2-30 3-55 9 25,50 2-25 3-40 10 25,75 2-30 3-45 11 25,50 3-40 4-25 12 25,75 3-40 4-25 13 25,75 2-50 3-50 14 25,75 2-50 3-40 15 25,75 2-55 3-40 16 25,50 2-40 3-40 17 25,75 2-35 3-25 18 26,00 3-05 4-15 19 26,00 2-30 3-40 20, прототип 30,00 2-20 3-45

Таблица 4 Физико-механические свойства образцов из предложенного состав портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа № состава Предел прочности при изгибе и сжатии, МПа при нормальном твердении при пропаривании при изгибе при сжатии при изгибе при сжатии 2 суток 7 суток 28 суток 2 суток 7 суток 28 суток 1 2,2 4,5 5,4 9,8 18,2 26,4 - 14,6 2 3,8 4,7 6,4 16,9 28,5 40,3 5,5 35,0 3 4,8 6,0 7,2 28,1 40,7 49,4 5,5 36,1 4 4,7 6,0 7,0 27,0 42,7 48,6 5,2 35,4 5 4,6 5,7 6,6 23,0 39,5 46,6 4,9 34,5 6 4,2 5,5 6,4 21,4 36,4 42,3 4,0 25,9 7 4,0 4,8 6,3 18,8 29,2 40,4 5,4 34,8 8 4,0 4,7 6,4 19,3 30,8 41,2 5,4 34,2 9 4,8 5,8 7,1 26,1 40,9 49,2 5,4 36,8 10 4,8 5,8 7,0 27,0 40,0 48,4 5,2 35,2 11 4,6 5,7 6,7 23,0 38,2 47,0 4,6 35,4 12 4,2 5,6 6,2 22,9 37,1 41,2 4,2 27,1 13 4,0 5,0 6,4 18,4 28,9 41,8 5,4 34,6 14 4,0 5,0 6,5 19,8 29,6 42,6 5,4 34,4 15 4,8 6,0 7,2 26,6 39,8 49,0 5,5 35,6 16 4,6 5,7 7,0 23,4 38,3 47,0 5,2 32,7 17 4,4 5,6 6,8 22,0 36,2 46,8 5,4 35,2 18 4,0 5,5 6,4 20,6 35,2 41,5 4,2 26,2 19 3,8 5,6 6,4 20,4 35,5 45,0 5,2 33,2 20, прототип 2,5 3,3 4,4 13,4 26,2 32,4 4,4 27,7

Изобретение относится к портландцементу и может найти применение при приготовлении строительных растворов и бетонов на его основе. Портландцемент содержит необожженный доломит, доменный гранулированный шлак, портландцементный клинкер и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0, доменный гранулированный шлак 5,0-15,0, портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0. Технический результат - повышение ранней и 28-суточной прочности цементного камня. 4 табл., 1 пр.

Портландцемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, отличающийся тем, что он дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Необожженный доломит 5,0-15,0 Доменный гранулированный шлак 5,0-15,0 Портландцементный клинкер 75,0-77,5 Двуводный гипс 2,5-5,0