Способ приготовления портландцементного вяжущего с добавлением высококальциевой золы теплоэлектростанций
METHOD FOR PREPARING PORTLAND CEMENT BINDER WITH ADDITION OF HIGH-CALCIUM ASH FROM THERMAL POWER PLANTS

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве различных бетонных и растворных смесей.
Известен способ приготовления портландцементного вяжущего с добавлением высококальциевой золы (ВКЗ) теплоэлектростанций (ТЭЦ), включающий смешивание и помол портландцементного клинкера, гипсового камня, доменного гранулированного шлака, активной минеральной добавки, высококальциевой золы теплоэлектростанций (RU 2376253, 20.12.2009).
Недостатком способа является то, что на цементном заводе или на помольной установке у потребителя вяжущего, технологически невозможно производить вяжущее с широким диапазоном соотношений: портландцемент : высококальциевая зола ТЭЦ. В то же время для разных бетонных и растворных смесей часто требуется оперативное изменение этого соотношения в широких пределах, что позволит экономить большее количество портландцемента и улучшать технологические свойства бетонных и растворных смесей.
Наиболее близким, по своей технической сущности является способ приготовления портландцементного вяжущего с добавлением высококальциевой золы теплоэлектростанций, включающий совместное измельчение портландцементного клинкера, гипсового камня, доменного гранулированного шлака, активной минеральной добавки искусственного или природного происхождения, добавление высококальциевой золы в вяжущее в момент приготовления бетонной или растворной смеси (RU №2553667, 20.06.2015).
Недостатком данного способа является использование портландцемента с минеральными добавками (типа ЦЕМ II 32,5 или М 400 Д20), в котором часть (3-10%) доменного гранулированного шлака заменяется активной минеральной добавкой (АМД) искусственного или природного происхождения. Производство таких цементов ограничено, оно требует дополнительных экономических затрат на АМД, технологических возможностей по подаче и дозированию дополнительных компонентов смеси (четырех вместо трех на цементном заводе, либо трех компонентов (цемент, ВКЗ, АМД) вместо двух (цемент и ВКЗ) на бетонном заводе.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение затрат на компоненты портландцементного вяжущего, упрощение технологии изготовления цемента и бетонных смесей.
Настоящая задача решается тем, что в способе приготовления портландцементного вяжущего с добавлением высококальциевой золы теплоэлектростанций, включающем совместное измельчение портландцементного клинкера, гипсового камня, доменного гранулированного шлака, добавление высококальциевой золы в вяжущее в момент приготовления бетонной или растворной смеси, перед добавлением высококальциевой золы предварительно определяют содержание в ней свободной извести и после чего добавляют золу в вяжущее в следующем соотношении, мас.% от массы цемента:
содержание в высококальциевой золе
свободной извести равно или меньше 11%, но больше 7%
до 20
или содержание в высококальциевой золе
свободной извести равно или меньше 7%, но больше 5%
до 30
или содержание в высококальциевой золе
свободной извести равно или меньше 5%
до 40
2
Зола электростанций в литературе встречается под названием зола-уноса по своей природе может быть кислой (богатой кремнеземом - SiO), либо основной (богатой оксидом кальция - СаО). Первая проявляет пуццоланические свойства, вторая дополнительно проявляет свойства самостоятельного вяжущего.
Технической сущностью настоящего изобретения является дозирование высококальциевой золы электростанций в состав приготавливаемого портландцементного вяжущего в зависимости от содержания в ней свободной извести и состава компонентов. Это сокращает расход цемента, снижает затраты на компоненты портландцементного вяжущего, упрощает технологии изготовления цемента и бетонных смесей.
Пример конкретного осуществления способа.
На Барнаульской ТЭЦ-3 с периодичностью два раза в неделю отбирают пробы высококальциевой золы, определяют их свойства. В золах, в числе прочих показателей, определяют содержание свободной извести СаО св. Показатели заносят в таблицу 1.
На цементном заводе осуществляли производство портландцемента с активными минеральными добавками по прототипу класса прочности ЦЕМ II 32,5 по ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» (или марки ПЦ М400 Д20 по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»). Данный цемент получают помолом клинкера Голухинского цементного завода ОАО «Цемент», Алтайский край, 5% гипсового камня, 8-15% доменного гранулированного шлака (ДГШ) Западно-Сибирского металлургического комбината и 3-10% АМД в виде Инзенской опоки (Ульяновская область) - природная пуццолана.
Так же на цементном заводе осуществляли производство портландцемента ЦЕМ II 32,5 (ПЦ М400 Д20), который получают совместным помолом смеси 78% ПЦ клинкера, 5% двуводного гипса и 17% доменного гранулированного шлака Западно-Сибирского металлургического комбината.
Пять проб высококальциевой золы Барнаульской ТЭЦ-3, взятые после электрофильтров, использовали для производства тяжелого бетона класса прочности В15 (М200) из бетонной смеси подвижностью П4 по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия (с Поправкой)».
На основе полученных портландцементов и отобранных проб высококальциевой золы изготавливали вяжущие и тяжелые бетоны на их основе. Пример конкретного осуществления изобретения.
3
Состав бетонной смеси из вяжущего по прототипу для изделий кассетной технологии КПД включает (кг/м):
- портландцемент с активными минеральными добавками класса ЦЕМ II 32,5 (ПЦ 400 Д20) - 380
- песок обской с модулем крупности Мк=1,1 - 685
- щебень из гравия Верх-Катунской дробильно-сортировочной фабрики (ДСФ) фракции 5-15 мм - 1000
- вода - 210-230
- добавка-пластификатор - 2,5
3
3
3
При добавлении высококальциевой золы в бетонную смесь по прототипу в соотношении ВКЗ : ПЦ=(30:70) расход вяжущего увеличивают на 20% для достижения бетоном равной прочности (см. примечание к таблице 2). При этом получаем расход компонентов золо-цементного вяжущего как 135 кг ВКЗ и 320 кг ПЦ, или 455 кг вяжущего на 1 м бетона. При этом в составе бетона уменьшается расход песка на увеличенное количество вяжущего - 75 кг/м. Новый расход песка (с округлением для дозатора) 610 кг/м.
3
Состав бетонной смеси из заявляемого вяжущего включает (кг/м):
- портландцемент ЦЕМ II 32,5 (ПЦ 400 Д20) - 320;
- песок обской с модулем крупности Мк=1,2 - 610;
- щебень из гравия Верх-Катунской дробильно-сортировочной фабрики (ДСФ) фракции 5-15 мм - 1000;
- вода - 210-230
- добавка-пластификатор - 2,5.
Результаты испытания бетонных смесей, полученных из компонентов, содержащих портландцемент и высококальциевую золу, приготовленных по предлагаемому способу, приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, применение портландцемента ЦЕМ II 32,5 (ПЦ 400 Д20) без АМД в составах бетонов сокращает расход цемента, снижает затраты на компоненты портландцементного вяжущего, упрощает технологию производства как портландцемента, так и бетонной смеси.
Снижение затрат на компоненты ПЦ-вяжущего заключается в исключении дорогостоящей АМД как природного (опоки, трепелы, диатомиты), так и искусственного (микрокремнезем - МК) происхождения. Месторождения природных АМД ограничены по территориальному признаку и их доставка становится дорогостоящей. Средняя цена МК в 3-4 раза дороже клинкера (10-15 тыс. рублей за тонну). Упрощение технологии производства портландцемента заключается в том, что на большинстве цементных заводов перед цементной мельницей расположены 3 тарельчатых дозатора под тремя бункерами: клинкера, гипсового камня и доменного гранулированного шлака. Для дополнительного введения АМД в состав цемента, АМД предварительно смешивают с каким-либо из компонентов (например, с гипсовым камнем) на грейферном складе и дозируют эту смесь как единый компонент. Это усложняет технологию производства портландцемента, ухудшает однородность смеси компонентов и точность дозирования. Заявляемая смесь не содержит АМД, поэтому технология производства ПЦ упрощается. Подобная ситуация отмечается и в случае введения АМД в бетонную смесь. Обычно в бетоносмесительном цехе имеется резерв тракта подачи, бункера и дозатора только под один компонент. Таким крупнотоннажным компонентом является ВКЗ. Для другого компонента (АМД) в бетоносмесительном цехе нет дополнительных бункеров и дозаторов. Поэтому заявляемая технология упрощается по сравнению с прототипом.
Вместе с тем, этот способ ограничивает количество золы в бетоне в зависимости от содержания в ней свободной извести до 40% при содержании в высококальциевой золе свободной извести равно или меньше 5%; до 30% при содержании в высококальциевой золе свободной извести равно или меньше 7%, но больше 5%; до 20% при содержании в высококальциевой золе свободной извести равно или меньше 11%, но больше 7%.
Применение предлагаемого способа приготовления портландцементного вяжущего с добавлением высококальциевой золы теплоэлектростанций позволило сократить расход цемента, снизить затраты на компоненты портландцементного вяжущего, упростить технологии изготовления цемента и бетонных смесей с сохранением прочности и деформативности бетона.
Способ приготовления портландцементного вяжущего
с добавлением высококальциевой золы теплоэлектростанций