СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО Российский патент 2023 года по МПК C04B18/04 C04B14/22 C04B28/04 C04B40/00 

Изобретение относится к способам получения вяжущих и может найти применение в производстве строительных материалов и в строительстве.

Известен ряд способов получения вяжущих, включающий усреднение основного компонента с различными техногенными отходами промышленности [Патент RU2148041 Сухая цементная смесь. Опубл. 27.04.2000;], недостатком которых являются относительно низкое качество и высокая энергоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения вяжущего, включающее усреднение портландцемента и пыли электрофильтров производства ферросиликохрома [Патент SU 1031934 A, Вяжущее. Опубл.30.07.1983].

Недостатками аналога являются высокая энергоемкость и материалоемкость.

Цель изобретения – снижение материалоемкости и энергоемкости. Поставленная цель достигается тем, что способ получения вяжущего, включает усреднение путем помола портландцемента с отходами промышленности, и отличается тем, что в качестве отходов промышленности используют стеклобой листового и тарного стекол, который предварительно измельчают, а затем осуществляют помол в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6500 см²/г, осуществляют последующий совместный помол смеси портландцемента и 30-50 мас.% стеклопорошка до удельной поверхности 6500 см²/г, с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.

В процессе совместного помола, где происходит домалывание компонентов, механоактивация частиц стекла с частицами портландцемента приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую.

Для ускорения технологического процесса, снижения энергозатрат в 2-3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз с целью механоактивации частиц необходимо использовать из целого ряда помольного оборудования – центробежно-планетарные мельницы.

Экспериментально полученные параметры помола и механоактивации смеси представлены в таблице 1.

Таблица 1

Время помола до удельной поверхности 6500 мм²/г компонентов вяжущего

№
п/п Наименование мельницы Время помола, час 1. Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарами 4,0 2. Центробежно-планетарная мельница 0,25

Пример 1

В качестве исходного материала брали портландцемент производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н по ГОСТ 31108-2016 следующего химического состава (таблица 2).

Таблица 2

Химический состав портландцемента

CaO SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ MgO SO₃ R₂O п.п.п. 62,44 21,29 5,72 3,37 2,09 2,83 1,21 1,10

Химический состав листового и тарного стекла представлен в таблице 3.

Таблица 3

Химический состав листового и тарного стекла

Наименование стекла Массовое содержание, % SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO Na₂O Fe₂O₃ SO₃ Листовое стекло 72,0 1,9 6,7 4,2 14,8 0,22 0,3 Зеленое тарное стекло 69,7 3,21 6,01 3,59 14,59 0,46 0,37

Предварительно измельчали стеклобой листового и тарного стекла при соотношении 1:1 в щековой дробилке. Сверхтонкое измельченное стекло мололи в центробежно-планетарной мельнице «САНД» в течение 15 минут. Параметры работы центробежно-планетарной мельницы были следующие: скорость вращения барабана 325с^-1; материал мельницы и шаров – халцедон.

После помола смеси листового и тарного стекла в центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент и стеклопорошок при соотношении 7:3 весовых частей и производили домалывание смеси до 6500 мм²/г. Размеры частиц стекла и портландцемента составляли 3,4-3,6 мкм.

Время домалывания составляло 15 минут. Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,23. После твердения на воздухе в течение 24 часов кубики извлекали из формы и подвергали тепловлажностной обработке в пропарочной камере LOIP в течение 6 часов при температуре 83ºС.

В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор «Melflux 1641», который добавляли в смесь сверх 100% - 0,16%.

Размер частиц стеклопорошка и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 4).

Таблица 4

Влияние времени помола на удельную поверхность и размер частиц

№ Время помола, мин Удельная поверхность, см²/г Размер частиц, мкм 1. 7 5800 Более 10 2. 10 6200 5,0-7,0 3. 15 6500 3,5-3,6 4. 20 6550 3,4

Как видно из таблицы, оптимальное время помола составляло 0,25 часа или 15 минут. При увеличении времени помола до 20 минут удельная поверхность увеличивалась незначительно, а энергозатраты на помол увеличивались на 25%. При времени помола 10 минут удельная поверхность по сравнению с оптимальным вариантом, снижалась до 6200 мм²/г, а средний размер частиц лежал в пределах 5,0-7,0 мкм, Это существенно снижало марочность вяжущего - менее марки М400.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцемента, стеклопорошка и смеси после домалывания определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Средняя прочность пяти образцов составляла 51,9 МПа, что соответствовало марки цемента М 500.

Пример 2

Готовили смесь портландцемента и боя стекла по примеру 1 при соотношении портландцемента и стеклопорошка 1:1 весовых частей соответственно.

Формовали образцы и испытывали на прочность по примеру 1.

Прочность на сжатие кубиков составляла 46,5 МПа, что соответствует марки цемента М 400.

При увеличении в смеси стеклобоя более 60 мас.% марочность вяжущего ниже марки М 400.

Таким образом, оптимальное содержание тонкоизмельченного стекла в вяжущем лежит в пределах 30-50 мас.%.

Изобретение относится к области производства вяжущих на основе стеклянных бытовых отходов, используемых в производстве строительных материалов и в строительстве. Способ включает усреднение путем помола портландцемента с отходами промышленности. При этом в качестве отходов промышленности используют стеклобой листового и тарного стекол, который предварительно измельчают, а затем осуществляют помол в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6500 см²/г. Осуществляют последующий совместный помол смеси портландцемента и 30-50 мас.% стеклопорошка до удельной поверхности 6500 см²/г, с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм. Техническим результатом является снижение материалоемкости за счет частичной замены цемента и энергоемкости. 4 табл., 2 пр.

Способ получения вяжущего, включающий усреднение путем помола портландцемента с отходами промышленности, отличающийся тем, что в качестве отходов промышленности используют стеклобой листового и тарного стекол, который предварительно измельчают, а затем осуществляют помол в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6500 см²/г, осуществляют последующий совместный помол смеси портландцемента и 30-50 мас.% стеклопорошка до удельной поверхности 6500 см²/г, с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.