СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗОЛОПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ИЗ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
METHOD OF ACH PORTLAND CEMENT PRODUCTION FROM HIGH LIME ACH FROM COMBINED HEAT AND POWER PLANTS

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,
своб
СаОсумм - 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.
своб
своб
2
Высококальциевые золы ТЭЦ от сжигания бурых углей характеризуются большим интервалом изменения содержания суммарного свободного оксида кальция (СаОсумм) - от 0,8 до 15,0 мас.%, а коэффициент вариации содержания СаОсумм 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 SiO, 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.
своб
своб
своб
своб
своб
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 (СаОсумм), состоящего из свободного оксида кальция открытого (CaOоткр) и закрытого остеклованной оболочкой (СаОзакр). При дополнительном помоле разрушается остеклованная оболочка, закрывающая частицы свободной извести и препятствующая ее гидратации. Достаточная интенсивность вскрытия закрытого СаО 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 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.
2
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 см/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:
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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.
2
2
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 см/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 см/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).
2
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 см/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:
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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.
2
2
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 см/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 см/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).
2
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 см/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:
4
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 CaSO·2HO 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);
4
2
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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.
2
2
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 см/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 см/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).
2
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 см/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:
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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);
4
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 CaSO·2HO 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.
2
2
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 см/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 см/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).
2
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 см/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:
4
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 CaSO·2HO 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.
2
2
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 см/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 см/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).
2
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 см/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.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>О
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