Цемент Российский патент 2024 года по МПК C04B7/04 

Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в строительной промышленности.

Известны вяжущие материалы, включающие различные техногенные отходы промышленности, недостатком которых являются относительно низкое качество и высокая энергоемкость их получения.

Наиболее близким по технической сущности является цемент (Патент РФ № 2119897), включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30-70, ангидрит 30-70, причем сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1-4 мас.% в пересчете на SO₃.

Недостатками известного цемента являются его относительно низкое качество.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении показателей качества цемента.

Технический результат достигается тем, что цемент включает в свой состав портландцементный клинкер и сульфатный компонент, причем в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства и бой силикатного кирпича дисперсностью 6400 см²/г при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 8-10 мас.%, кроме того, добавляют в смесь пластифицирующую добавку суперпластификатор «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%.

Предложенный цемент отличатся от прототипа тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства и бой силикатного кирпича дисперсностью 6400 см²/г при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 8-10 мас.%, кроме того, добавляют в смесь пластифицирующую добавку суперпластификатор «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%.

Сопоставительный анализ известной и предлагаемой рецептуры цемента представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сопоставительный анализ известной и предлагаемой рецептуры цемента

Известная рецептура вяжущего -
патент РФ №2119897
«Цемент» Предлагаемая рецептура цемента 1. Цемент включает портландцементный клинкер и сульфатный компонент
2. В качестве сульфатного
компонента вводят гипсовый камень и ангидрит при соотношении, мас.%:
гипсовый камень 30-70,
ангидрит 30-70, причем
ангидрит представляет собой отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет
1-4 мас.% в пересчете на SO₃. 1. Цемент включает портландцементный клинкер и сульфатный компонент.
2. В качестве сульфатного
компонента вводят отход
ванадиевого производства и бой
силикатного кирпича
дисперсностью 6400 см²/г при
соотношении 1:1 весовых частей
соответственно в количестве
8-10 мас.%
1. В цемент дополнительно
добавляют пластифицирующую добавку суперпластификатор «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%. Прочность на сжатие (МПа)
45,24 Прочность на сжатие (МПа)
55,9-58,1

Совместно с портландцементным клинкером осуществляют помол отхода ванадиевого производства, основной фазой которого является гипс и бой силикатного кирпича до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.

В процессе совместного помола происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства и частиц боя силикатного кирпича с частицами портландцементного клинкера, что приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую. Механоактивированные частицы силикатного кирпича имеют в своем составе гидроалюмосиликаты, которые являются центрами кристаллизации при затворении цемента и обеспечивают высокие прочностные показатели конечного продукта. Применение центробежно-планетарной мельницы позволяет снизить энергозатраты в 3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз. Совместное использование отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича при соотношении 1:1 весовых частей в количестве 8-10 мас.% приводит к существенному повышению прочности.

Экспериментально полученные параметры помола и механоактивации смеси представлены в таблице 2.

Таблица 2

Время помола до удельной поверхности 6400 см²/г компонентов вяжущего

Наименование мельницы Время помола, час Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарами 4,0 Цетробежно-планетарная мельница 0,25

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 3.

В качестве исходного материала брали портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см²/г следующего химического состава (таблица 4).

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 5 (Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Черкасов А.В., Варфоломеева С.В., Бондаренко М.А., Макаров А.В., Платов Ю.Т., Платова Р.А. Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, №7. С. 43-50).

Таблица 3

Портландцементный клинкер, % Соотношение отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича, весовые части Содержание отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича, % Прочность при сжатии, МПа 94,0
92,0
90,0
88,0 0,5:1 6,0
8,0
10,0
12,0 38,6
41,7
45,2
42,2 94,0
92,0*
90,0*
88,0 1:1* 6,0
8,0*
10,0*
12,0 53,5
58,1*
55,9*
50,8 94,0
92,0
90,0
88,0 1:0,5 6,0
8,0
10,0
12,0 37,1
43,0
41,9
36,4 * - оптимальный вариант

Таблица 4

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

Таблица 5

Химический состав отхода ванадиевого производства

п.п.п./ прочее Массовое содержание, % SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO V₂O5 Mn₂O₃ SO₃ 1,13/0,06 3,22 0,41 36,93 5,03 2,81 17,39 33,02

Химический состав силикатного кирпича представлен в таблице 6 (Ильина, Ирина Александровна - Плазмохимическая модификация силикатных строительных материалов автоклавного твердения: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.17.11. [Место защиты: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова]. - Белгород, 2015. - 22 с.).

Таблица 6

Химический состав силикатного кирпича

Наименование Толщина слоя, мкм Химический состав, мас.% SiO₂ CaO Al₂O₃ K₂O MgO Na₂O Fe₂O₃ TiO₂ Глубинный слой 2000±25 81,04 13,18 3,64 0,59 0,38 0,22 0,73 0,19

Пример 1:

Параметры работы центробежно-планетарной мельницы «Санд» были следующие: скорость вращения барабана 325с^-1; материал мельницы и шаров - халцедон. В центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент 92,0 мас.%, отход ванадиевого производства и бой силикатного кирпича при соотношении 1:1 массовых частей в количестве 8,0 мас.% и производили помол смеси до удельной поверхности 6400 см²/г. Размеры частиц отхода ванадиевого производства, стеклобоя и портландцементного клинкера составляли 3,5-3,6 мкм. Время помола составляло 15 минут.

Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30×30×30 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 85°С, а затем осуществлялось твердение образцов на воздухе в течение 28 суток.

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

Размер частиц отхода ванадиевого производства, боя силикатного кирпича и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 7).

Как видно из таблицы 7, оптимальное время помола составляло 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 оптимальными параметрами, снижалась до 6200 мм²/г, а средний размер частиц лежал в пределах 5,0-7,0 мкм, что существенно снижало марочность вяжущего материала менее марки вяжущего материала М400.

Таблица 7

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* 6400* 3,5-3,6* 4. 20 6550 3,4-3-5 * - оптимальные параметры

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича после помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Прочность на сжатие определяли как среднюю прочность пяти образцов, которая составляла 58,1 МПа.

Пример 2

По примеру 1 готовили смесь портландцементного клинкера в количестве 90,0 мас.%, отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 10 мас.%. Формовали образцы и испытывали на прочность по примеру 1.

Прочность на сжатие кубиков составляла 55,9 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.

При увеличении в смеси отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича более 12% марочность вяжущего материала ниже марки М 400.

Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства и боя силикатного кирпича при соотношении 1:1 массовых частей в цементе лежит в пределах 8,0-10,0%.

Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в строительной промышленности. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении показателей качества цемента. Технический результат достигается тем, что цемент включает в свой состав портландцементный клинкер и сульфатный компонент, причем в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства и бой силикатного кирпича дисперсностью 6400 см²/г при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 8-10 мас.%, кроме того, добавляют в смесь пластифицирующую добавку суперпластификатор «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%. 7 табл., 2 пр.

Цемент, включающий в свой состав портландцементный клинкер и сульфатный компонент, отличающийся тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства и бой силикатного кирпича дисперсностью 6400 см²/г при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 8-10 мас.%, кроме того, добавляют в смесь пластифицирующую добавку суперпластификатор «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%.