СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА
METHOD OF PRODUCING CEMENT

Изобретение относится к строительным материалам, а более конкретно к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур (по ГОСТ 1581-96).
Известен способ получения цемента тампонажного, который заключается в смешивании и измельчении портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы - опоки (см а.с. №610814, 1978 г.).
Полученный таким способом цемент имеет недостаточно высокую прочность из-за повышенной плотности цементного раствора, низкого водоцементного отношения и недостаточной прочности образцов из него в виду низкой концентрации брендстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности минералов гидратных фаз.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения цемента путем смешения и измельчения портландцементного клинкера и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы, причем перед смешением и измельчением перечисленных компонентов 75-85% кремнеземистой осадочной породы нагревают до 200-300°С и добавляют 15-25% не сушеной (мокрой) породы. Кроме того, перед смешиванием дополнительно вводят 1-2% углесодержащего компонента при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцементный клинкер
43-52
Гипс
5-7
Кремнеземистая осадочная порода
45-60
Углесодержащий компонент
1-2
К недостаткам известного способа следует отнести слабые прочностные свойства получаемого цемента из-за переменной влажности кремнеземистой осадочной породы, так как при ее пересушке исчезают активные центры гидроксильных групп (-ОН), а при недосушке - возможна гидратация клинкерного материала в цементе. В том и другом случае это отрицательно сказывается на прочностных свойствах получаемого цемента. Наличие в составе смеси углесодержащего компонента не влияет на качество получаемого цемента, а служит стабилизатором процесса его сушки.
Техническим результатом, на решение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение прочностных свойств цемента, за счет активации центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения цемента, путем высушивания кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела или диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, высушивание кремнеземистой осадочной породы осуществляют при температуре 150-190°С, до влажности 0,3-0,7%. Кроме того, перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% (по углероду).
При температуре менее 150°С кремнеземистая осадочная порода имеет в своем составе достаточное количество физической влаги, чтобы частично гидратировать клинкерные минералы в цементе и уменьшить его активность (в зависимости от сезона, влажность кремнеземистой осадочной породы колеблется от 20 до 60%), а при температуре более 190°С происходит ее пересушка и исчезают активные центры гидроксильных групп (-ОН). Экспериментально установлено, что при влажности кремнеземистой осадочной породы в пределах 0,3-0,7% активация центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы, прочностные свойства цемента повышаются.
В качестве кремнеземистой осадочной породы могут быть использованы не только трепел, опока или диатомит, но и их сочетание. Кроме того, для снижения силы сцепления частиц при помоле указанных компонентов и оптимизации процесса помола перед измельчением в нее дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду от всей смеси. В качестве углесодержащего компонента может быть любое вещество, содержащее не менее указанных пределов по углероду и служащее как бы присадкой к основным компонентам при помоле, это может быть уголь, угольная пыль, сажа и т.п. Таким образом, углесодержащий компонент в заявленном изобретении служит для оптимизации процесса помола и его добавляют в мельницу, в то время как в наиболее близком аналоге он служит для стабилизации процесса сушки и его вводят в печку.
Возможность осуществления заявленного способа подтверждается испытаниями, проведенными в лаборатории Сухоложского завода металлофлюсов (г.Сухой Лог, Свердловской области) в августе 2008 года.
Пример 1
Кремнеземистую осадочную породу фракции 40-100 мм через приемный бункер подавали во вращающуюся печь и высушивали. Далее высушенную кремнеземистую осадочную породу смешивали и измельчали с портландцементным клинкером и гипсом. Качественный и количественный состав этой смеси составляет для данного примера, мас.%: портландцементный клинкер 50; гипс 5; кремнеземистая осадочная порода 45.
Пример 2
Кремнеземистую осадочную породу фракции 40-100 мм через приемный бункер подавали во вращающуюся печь и высушивали. Далее в высушенную кремнеземистую осадочную породу дополнительно вводили углесодержащий компонент, смешивали и измельчали с портландцементным клинкером и гипсом. Качественный и количественный состав этой смеси составляет для данного примера, мас.%: портландцементный клинкер 45; гипс 6; кремнеземистая осадочная порода 46, углесодержащий компонент 0,3.
В качестве углесодержащего компонента использовали каменный уголь Буланашевского месторождения. Режимы десяти конкретных примеров заявляемого способа получения цемента представлены в таблице. У полученного цемента исследовали прочность на изгиб, а полученные результаты также заносили в таблицу. При соответствии результатов испытаний ГОСТу готовый цемент отправляли на склад.
Анализируя полученные результаты таблицы, можно сделать вывод, что для умеренных и повышенных температур прочность при изгибе (в МПа при времени - 2-х суток) возрастает примерно в 2,5 раза (по ГОСТ 1581-96 прочность на изгиб составляет на менее 1,0 МПа).
Примеры получения цемента
Пример №
Крем. осадочн. порода
Температурасушки, град
Влажность,%
Углесод.компонент,%
Прочност. свойства получаемого цемента, МПа
1.
трепел
150
0,3
-
2,5
2.
трепел
150
0,3
0,3
2,5
3.
диатомит
160
0,7
-
2,7
4.
диатомит
160
0,7
0,4
2,7
5.
трепел
170
0,6
-
3,0
6.
трепел
170
0,6
0,3
3,0
7.
трепел
180
0,5
-
2,8
8.
трепел
180
0,5
0,4
2,8
9.
опока
190
0,4
-
2,6
10.
опока
190
0,4
0,2
2,6