способ изготовления портландцемента с минеральной добавкой

Формула изобретения

Способ изготовления цемента с минеральной добавкой, включающий помол портландцементного клинкера, двуводного гипса и минеральной добавки, отличающийся тем, что после помола портландцементного клинкера и двуводного гипса полученный портландцемент смешивают с минеральной добавкой - механоактивированной в электромассклассификаторе цеолитсодержащей кремнистой породой, с размером частиц меньше 200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцементный клинкер	80-90
Гипс двуводный	2% сверх 100%
Минеральная добавка, механоактивированная
цеолитсодержащая кремнистая порода, с размером
частиц меньше 200 мкм	10-20

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве портландцемента с использованием минеральных добавок.

Известен способ получения цемента путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса, кремнеземистой осадочной породы и углеродсодержащего компонента (Заявка РФ № 96111050, опубл. 10.01.1998 г.). Недостатком описанного способа является использование многокомпонентной сырьевой смеси. Она содержит дополнительно кремнеземистую осадочную породу и углеродсодержащий компонент. Кроме того, кремнистую осадочную породу необходимо предварительно подвергать операции нагрева, что усложняет технологический процесс получения портландцемента.

Известен цемент с минеральной добавкой, содержащий портландцементный клинкер, двуводный гипс и магнийсиликатную породу - верлит (Патент РФ № 2320592, опубл. 27.03.2008). Недостатком данного цемента является достаточно продолжительное время измельчения вышеуказанной смеси в стержневой вибрационной установке.

Наиболее близким к заявляемому изобретению способом того же назначения по совокупности признаков является способ изготовления золопортландцемента из высококальциевой золы тепловых электростанций (Патент РФ № 2376253, опубл. 20.12.2009 г.), который включает помол портландцементного клинкера и двуводного гипса, дополнительный помол с золой и минеральной добавкой, в качестве которой используют диатомит, или цеолитовый туф, или трепел, или др.

Основным недостатком данного способа является многоступенчатый помол клинкера и его смесей с золой и минеральными добавками, на что затрачивается дополнительная энергия. При этом строительно-технические свойства улучшаются незначительно.

Задачей изобретения является получение портландцемента, удовлетворяющего существующим стандартам.

Технический результат - повышение марочности портландцемента при удовлетворяющих требованиям стандарта сроках схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема за счет введения механоактивированной на электромассклассификаторе (ЭМК) цеолитсодержащей кремнистой породы (ЦКП), а также упрощение способа получения портландцемента.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления портландцемента с минеральной добавкой, включающем помол портландцементного клинкера, двуводного гипса и минеральной добавки, согласно изобретению после помола портландцементного клинкера и двуводного гипса полученный портландцемент смешивают с минеральной добавкой - механоактивированной в электромассклассификаторе цеолитсодержащей кремнистой породой, с размером частиц меньше 200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 80-90%, гипс двуводный - 2% сверх 100%, минеральная добавка - механоактивированная цеолитсодержащая кремнистая порода с размером частиц меньше 200 мкм - 10-20%.

Добавление механоактивированной цеолитсодержащей кремнистой породы как минеральной добавки в смесь портландцементного клинкера и двуводного гипса или в готовый портландцемент позволяет получить портландцемент с повышенной прочностью и удовлетворяющим требованиям, предъявляемым к цементам по срокам схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема.

Такое влияние добавки можно объяснить интенсивным связыванием гидроксида кальция компонентами цеолитсодержащей породы в процессе твердения с образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Данный активированный вид сырья, имея в своем составе цеолит (клиноптилолит), опал-кристобалит и монтмориллонит, интенсивно взаимодействует с продуктами гидратации портландцемента и тем самым положительно влияет на процесс его твердения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе изготовления портландцемента с минеральной добавкой, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, в заявленном способе получения портландцемента. Результаты поиска показали, что поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Вещества, используемые в способе:

портландцементный клинкер или товарный портландцемент без добавок ПЦ-ДО (изготовитель ОАО «Ульяновскцемент»);

гипс (содержание SO₃ равно 52,39%);

цеолитсодержащая кремнистая порода Татарско-Шатрашанского месторождения Республики Татарстан следующего минерального состава: цеолит - 14-25%, опал-кристобалит - 30-47%, кальцит - 15-24%, глинистые минералы - 14-28%, кварц - 4-6%, полевой шпат - 1-2%, слюда - 1-2%. Химический состав в мас.%: SiO₂ 55-75, Al₂O₃ 4,4-7,0, Fe₂O₃ 1,5-2,2, CaO 5,8-13,0, MgO 0,7-1,2, Na₂O до 0,2, K₂O 0,6-2,0, п.п.п. 12,7-20,0.

Пример 1.

Способ изготовления портландцемента с минеральной добавкой осуществляется следующим образом. Вещества берутся в мас.%: портландцементный клинкер - 90% и двуводный гипс 2% сверх 100 размалывают до остатка на сите не более 15% по ГОСТ 10178-85 (с изм. 2002)«Портландцемент и шлакопортландцемент, Технические условия», что соответствует удельной поверхности около 2500 см²/г с получением портландцемента. Затем в портландцемент вводят механоактивированную цеолитсодержащую кремнистую породу в количестве 10%. Цеолитсодержащую кремнистую породу с химическим составом в мас.%: SiO₂ 59,09, Al₂O ₃ 6,91, Fe₂O₃ 2,11, СаО 12,64, MgO 1,18, Na₂O 0,12, K₂O 1,31, п.п.п. 6,21 и минеральным составом: цеолит 19%, опал-кристобалит 31%, кальцит 17%, глинистые минералы 27%, кварц 4%, полевой шпат 1%, слюда 1% подготавливают следующим образом: породу с размером зерен менее 300 мкм и влажностью не более 7% подвергают механоактивации в активационной зоне электромассклассификатора типа СМГ-ЭМК-005-1. Скорость подачи сырья в аппарат 20 кг/час. В результате переработки ЦКП на ЭМК изменяется дисперсность частиц сырья. После процесса активации получают измельченный продукт с размером частиц меньше 200 мкм, который и является минеральной добавкой, с которой и смешивается портландцемент.

Портландцемент с минеральной добавкой испытывали по ГОСТ310.1-310.4 и сравнивали с контрольным товарным портландцементом без добавки, а также с золопортландцементом, полученным по способу, выбранному в качестве прототипа (табл.).

Пример 2.

Выполнение способа проводят, как описано в примере 1, с той разницей, что портландцементного клинкера берется 80%, гипса 2% сверх 100 и добавляют 20% механоактивированной цеолитсодержащей кремнистой породы. Прочность при сжатии полученного портландцемента превышает прочность контрольного товарного портландцемента на 42,4%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, на 36,9%.

Пример 3.

Выполнение способа проводят, как описано в примере 1, с той разницей, что портландцементного клинкера берется 95%, гипса 2% сверх 100 и добавляют 5% механоактивированной цеолитсодержащей кремнистой породы. Прочность цемента при сжатии практически не изменяется.

Пример 4.

Выполнение способа проводят, как описано в примере 1, с той разницей, что портландцементного клинкера берется 75%, гипса 2% сверх 100 и добавляют 25% механоактивированной ЦКП. Прочность цемента при сжатии возрастает незначительно.

Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица
Свойства портландцемента с минеральной добавкой
Содержание добавки, %	Сроки схватывания, мин.	Тонкость помола	Прочность после 28 суток нормального твердения, МПа	Марка цемента
начало	конец	остаток на сите 008, %	при сжатии	при изгибе
5	180	225	10,2	36,7	7,2	М300
10	185	240	10,7	47,9	8,0	М400
20	210	280	11,5	49,0	7,8	М500
25	225	305	12,4	37,2	7,4	М300
Контрольный портландцемент без добавок ПЦ-ДО
-	210	295	9,9	34,4	6,9	М300
Золопортландцемент по прототипу
40% золы и 5% цеолитового туфа	97	156	7,4	35,7	7,0	М300
Примечание: Все образцы выдержали испытание кипячением на равномерность изменения объема по ГОСТ 310.3-76.

Из представленных данных следует, что портландцемент с добавкой механоактивированной цеолитсодержащей кремнистой породы, полученный предложенным способом, удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85 к обычному портландцементу. Прочность при сжатии превышает прочность контрольного товарного портландцемента на 39,2%, а прочность золопортландцемента, полученного по способу-прототипу, - на 34,1%, что соответствует марке портландцемента не ниже М400. При этом значения прочности при изгибе, сроков схватывания, тонкости помола и результаты испытаний на равномерность изменения объема также удовлетворяют требованиям стандарта.

Таким образом, строительный портландцемент, полученный по заявляемому способу, обладает более высокими прочностными характеристиками. По сравнению с прототипом прочность при сжатии возрастает на 34,1-36,9%.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, т.к. удовлетворяет следующим условиям:

- средство, воплощающее заявленный способ изготовления портландцемента с минеральной добавкой при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности строительных материалов, а именно в производстве портландцемента;

- заявленный способ изготовления портландцемента с минеральной добавкой обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно - повышение марочности портландцемента и упрощения технологии.

- для заявленного способа изготовления портландцемента с минеральной добавкой, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его получения с помощью описанных в заявке примеров.