Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2460699

(19)

RU

(11)

2460699

(13)

C1

(51) МПК C04B7/02 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.09.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010154362/03, 29.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

29.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 29.12.2010

(45) Опубликовано: 10.09.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2168472 C1, 10.06.2001. SE 9500112 A1, 02.02.1995. RU 2382004 C1, 20.02.2010. EP 1420000 A, 19.05.2004. CN 1175559 A, 11.03.1998. JP 8012387 A, 16.01.1996.

Адрес для переписки:

656038, Алтайский край, г.Барнаул, пр. Ленина, 46, ГОУВПО "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ), ОИПС

(72) Автор(ы):

Вольф Анна Владимировна (RU),

Козлова Валентина Кузьминична (RU),

Лихошерстов Андрей Алексеевич (RU),

Маноха Анастасия Михайловна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

(54) ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к портландцементу и может найти применение при приготовлении строительных растворов и бетонов на его основе. Портландцемент содержит необожженный доломит, доменный гранулированный шлак, портландцементный клинкер и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0, доменный гранулированный шлак 5,0-15,0, портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0. Технический результат - повышение ранней и 28-суточной прочности цементного камня. 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к составам портландцементов и может быть использовано для получения цементов, строительных растворов и бетонов на их основе.

Известен цемент, включающий портландцемент и каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 50-75; каустический доломит, полученный обжигом сырого доломита в заданном интервале температур 25-50 (патент RU 21023349 С1, МПК 6 С04В 9/12).

Однако производство описанного цемента требует повышенных затрат энергии, что обусловлено использованием каустического доломита, требующего дополнительных энергетических затрат на предварительный обжиг.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению (прототипом) является портландцемент, содержащий дунит, двуводный гипс и портландцементный клинкер при следующем соотношении компонентов, мас.%: дунит 30-40; двуводный гипс 3; портландцементный клинкер остальное (патент RU 2168472 С2, МПК 7 С04В 7/13).

При использовании известного вещества, принятого за прототип, основным недостатком является низкая ранняя и 28-суточная прочность цементного камня (см. таблицу 4) вследствие незначительной гидравлической активности дунита, причем необходимость тонкого измельчения дунита для повышения его гидравлической активности усложняет технологический процесс производства портландцемента и увеличивает его стоимость.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении возможности повышения ранней и 28-суточной прочности цементного камня при снижении себестоимости производства цемента.

Поставленная задача достигается тем, что цемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, согласно изобретению дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Предложенное содержание компонентов портландцемента необходимо и достаточно (см. таблицу 4) для получения портландцемента повышенной прочности.

Использование в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - сырым доломитом. При этом доломит в комплексе с доменным гранулированным шлаком участвует в реакциях гидратации с портландцементным клинкером, обеспечивая высокую раннюю и 28-суточную прочность цементного камня.

Содержание в составе портландцемента необожженного доломита обеспечивает возможность получения быстротвердеющих цементов более высоких марок при одинаковых технологических параметрах подготовки и обработки сырья, например степени измельчения сырья. Доломит, входящий в состав портландцемента, является карбонатной горной породой осадочного происхождения, в которой преобладает минерал доломит, а также присутствуют единичные зерна кварцита (см. таблицу 1). В данном техническом решении необожженный доломит впервые используется в качестве минеральной добавки в цемент в оптимальном количестве 5-15 мас.%, так как при увеличении количества необожженного доломита более 15 мас.% и уменьшении количества доменного гранулированного шлака менее 5 мас.% происходит снижение 28-суточной прочности цементного камня, а при уменьшении количества необожженного доломита менее 5 мас.% и увеличении количества доменного гранулированного шлака более 15 мас.% ранняя и 28-суточная прочность цементного камня также снижается (см. таблицу 4).

Использование в составе портландцемента необожженного доломита позволяет обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при оптимальном расходе двуводного гипса 2,5-5,0 мас.% (см. таблицу 3). При введении двуводного гипса в количестве менее 2,5 мас.% наблюдается снижение прочности цементного камня (см. таблицу 4). Увеличение количества двуводного гипса более 5,0 мас.% не является целесообразным, так как при этом себестоимость портландцемента возрастает, а ранняя и 28-суточная прочность цементного камня незначительно снижается.

Так как в составе портландцемента общее количество необожженного доломита и доменного гранулированного шлака составляет 20 мас.%, то содержание портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.% является оптимальным и определяется количеством введенного двуводного гипса.

Изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведен химический состав доломита Таензинского месторождения (мас.%); таблицей 2, в которой приведены составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 3, в которой приведены реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа; таблицей 4, в которой приведены физико-механические свойства образцов из предложенного состава портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа.

Предложенный портландцемент содержит необожженный доломит, доменный гранулированный шлак портландцементный клинкер и двуводный гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%: необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Пример конкретного выполнения.

Необожженный доломит измельчали в лабораторной щековой дробилке до фракции 10-20 мм. Далее компоненты портландцемента: портландцементный клинкер, шлак, измельченный необожженный доломит и двуводный гипс в заданных соотношениях согласно таблице 2, примеры 1-6, 8-12, 14-19, компоненты цемента, выбранного в качестве прототипа (см. таблицу 2, пример 20) и компоненты портландцемента контрольного состава: портландцементный клинкер, шлак и двуводный гипс согласно таблице 2, примеры 7, 13, подвергали совместному помолу в лабораторной шаровой мельнице до достижения удельной поверхности цемента 300-350 м 2 /кг и остатка на сите 008 - 8-12%. Удельную поверхность контролировали на приборе для измерения удельной поверхности частиц ПСХ-8А.

Для предложенного вяжущего оптимальным явился следующий состав, мас.%:

необожженный доломит 5,0-15,0; доменный гранулированный шлак 5,0-15,0; портландцементный клинкер 75,0-77,5; двуводный гипс 2,5-5,0.

Сроки схватывания и нормальную густоту цементного теста (НГ) определяли по ГОСТ 310.3.

Предел прочности при изгибе и сжатии определяли по ГОСТ 310.4. Из цементного раствора, состоящего из 1 мас.ч. цемента состава согласно таблице 2, примеры 1-20 и 3 мас.ч. полифракционного песка, при консистенции раствора, характеризуемой расплывом конуса на встряхивающем столике 106-115 мм, готовили образцы-балочки размером 4×4×16 см в количестве 12 штук. Формование образцов проводили на виброуплотняющей установке. Образцы-балочки в формах хранили 24 часа в ванне с гидравлическим затвором, после чего расформовывали. Далее девять образцов хранили в течение 27 суток в воде. Три образца подвергали тепловлажностной обработке при температуре 80°С по режиму 3-6-3 часа.

Анализ результатов таблиц показывает, что:

- портландцемент контрольного состава, содержащий портландцементный клинкер, шлак и гипс, и цемент, выбранный в качестве прототипа, обладают более низкой ранней и 28-суточной прочностью по сравнению с предложенным портландцементом, имеющем в своем составе кроме указанных компонентов минеральную добавку -необожженный доломит (см. таблицу 4, примеры 7, 13, 20);

- оптимальное содержание необожженного доломита в количестве 5-15 мас.%, доменного гранулированного шлака в количестве 5-15 мас.%, портландцементного клинкера в количестве 75,0-77,5 мас.%, двуводного гипса в количестве 2,5-5,0 мас.% в составе портландцемента подтверждено повышенными показателями ранней и 28-суточной прочности соответствующих образцов (см. таблицу 4, примеры 3-5, 9-11, 15-17);

- введение в состав портландцемента необожженного доломита ускоряет набор ранней прочности цементного камня, что позволяет получать быстротвердеющие цементы (см. таблицу 4, примеры 3-5, 9-11, 15-17) и обеспечить требуемые сроки схватывания цементного теста при малом расходе двуводного гипса (см. таблицу 3, примеры 2-6).

В результате проведенных исследований установлено, что образцы из портландцемента, изготовленные в соответствии с предложенным изобретением (см. таблицу 4, примеры 3-5, 9-11, 15-17), имеют раннюю и 28-суточную прочность при изгибе и сжатии выше по сравнению с аналогичными показателями прочности образцов из известных видов портландцементов и из цемента - прототипа (см. таблицу 4, примеры 7, 13, 20).

Таким образом, предлагаемый портландцемент имеет следующие преимущества:

- увеличены прочностные показатели в среднем на 44% по сравнению с прототипом и в среднем на 20% по сравнению с известными видами портландцементов обычного состава;

- отсутствует термическая обработка доломита, что приводит к снижению энергозатрат при производстве предлагаемого портландцемента;

- снижены энергозатраты за счет отсутствия необходимости предварительного тонкого измельчения добавки;

- осуществлена возможность частичной замены доменного гранулированного шлака более экономичной добавкой - необожженным доломитом, что способствует получению быстротвердеющих цементов более высоких марок при одновременном снижении себестоимости цементов.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию «промышленная применимость».

Таблица 1

Химический состав доломита Таензинского месторождения, мас.%

п.п.п.

СаО

MgO

SiO 2

Аl 2 О 3

Fе 2 О 3

SO 3

46,43

31,92

21,22

0,28

0,08

0,07

-

Таблица 2

Составы предложенного портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа

состава

Соотношение компонентов, мас.%

Портландцементный клинкер

Шлак

Доломит

Дунит

Гипс

1

78,5

5

15

-

1,5

2

77,5

18

2

-

2,5

3

77,5

15

5

-

2,5

4

77,5

10

10

-

2,5

5

77,5

5

15

-

2,5

6

77,5

2

18

-

2,5

7

76,5

20

-

-

3,5

8

76,5

18

2

-

3,5

9

76,5

15

5

-

3,5

10

76,5

10

10

-

3,5

11

76,5

5

15

-

3,5

12

76,5

2

18

-

3,5

13

75,0

20

-

-

5,0

14

75,0

18

2

-

5,0

15

75,0

15

5

-

5,0

16

75,0

10

10

-

5,0

17

75,0

5

15

-

5,0

18

75,0

2

18

-

5,0

19

74,0

5

15

-

6,0

20, прототип

60

-

-

37

3,0

Таблица 3

Реологические свойства цементных тест, изготовленных из портландцемента предложенного состава и цемента, выбранного в качестве прототипа

состава

Нормальная густота, %

Сроки схватывания

начало, час - мин

конец, час - мин

1

30,50

2-00

5-50

2

25,50

2-30

3-30

3

25,75

2-15

3-30

4

26,00

2-15

3-20

5

25,75

3-40

4-20

6

25,75

3-40

4-25

7

25,50

2-45

3-55

8

25,50

2-30

3-55

9

25,50

2-25

3-40

10

25,75

2-30

3-45

11

25,50

3-40

4-25

12

25,75

3-40

4-25

13

25,75

2-50

3-50

14

25,75

2-50

3-40

15

25,75

2-55

3-40

16

25,50

2-40

3-40

17

25,75

2-35

3-25

18

26,00

3-05

4-15

19

26,00

2-30

3-40

20, прототип

30,00

2-20

3-45

Таблица 4

Физико-механические свойства образцов из предложенного состав портландцемента и цемента, выбранного в качестве прототипа

состава

Предел прочности при изгибе и сжатии, МПа

при нормальном твердении

при пропаривании

при изгибе

при сжатии

при изгибе

при сжатии

2 суток

7 суток

28 суток

2 суток

7 суток

28 суток

1

2,2

4,5

5,4

9,8

18,2

26,4

-

14,6

2

3,8

4,7

6,4

16,9

28,5

40,3

5,5

35,0

3

4,8

6,0

7,2

28,1

40,7

49,4

5,5

36,1

4

4,7

6,0

7,0

27,0

42,7

48,6

5,2

35,4

5

4,6

5,7

6,6

23,0

39,5

46,6

4,9

34,5

6

4,2

5,5

6,4

21,4

36,4

42,3

4,0

25,9

7

4,0

4,8

6,3

18,8

29,2

40,4

5,4

34,8

8

4,0

4,7

6,4

19,3

30,8

41,2

5,4

34,2

9

4,8

5,8

7,1

26,1

40,9

49,2

5,4

36,8

10

4,8

5,8

7,0

27,0

40,0

48,4

5,2

35,2

11

4,6

5,7

6,7

23,0

38,2

47,0

4,6

35,4

12

4,2

5,6

6,2

22,9

37,1

41,2

4,2

27,1

13

4,0

5,0

6,4

18,4

28,9

41,8

5,4

34,6

14

4,0

5,0

6,5

19,8

29,6

42,6

5,4

34,4

15

4,8

6,0

7,2

26,6

39,8

49,0

5,5

35,6

16

4,6

5,7

7,0

23,4

38,3

47,0

5,2

32,7

17

4,4

5,6

6,8

22,0

36,2

46,8

5,4

35,2

18

4,0

5,5

6,4

20,6

35,2

41,5

4,2

26,2

19

3,8

5,6

6,4

20,4

35,5

45,0

5,2

33,2

20, прототип

2,5

3,3

4,4

13,4

26,2

32,4

4,4

27,7

Формула изобретения

Портландцемент, содержащий портландцементный клинкер и двуводный гипс, отличающийся тем, что он дополнительно содержит необожженный доломит и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Необожженный доломит

5,0-15,0

Доменный гранулированный шлак

5,0-15,0

Портландцементный клинкер

75,0-77,5

Двуводный гипс

2,5-5,0