Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2475460

(19)

RU

(11)

2475460

(13)

C2

(51) МПК C04B20/00 (2006.01)

C04B7/12 (2006.01)

C04B18/10 (2006.01)

C04B40/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010123950/03, 10.11.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

10.11.2008

Приоритет(ы):

(30) Конвенционный приоритет:

12.11.2007 SE 0702483-9

(43) Дата публикации заявки: 20.12.2011

(45) Опубликовано: 20.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 68002898 В1, 12.10.2004. SE 524393 C2, 03.08.2004. RU 2077521 C1, 20.04.1997. RU 2122985 C1, 10.12.1998. WO 2000048960 A1, 24.08.2000. US 7240867 B1, 10.07.2007. US 7101430 B1, 05.09.2006.

(85) Дата начала рассмотрения заявки PCT на национальной фазе: 15.06.2010

(86) Заявка PCT:

SE 2008/051286 20081110

(87) Публикация заявки PCT:

WO 2009/064244 20090522

Адрес для переписки:

129090, Москва, ул.Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", пат.пов. А.В.Мицу, рег. 364

(72) Автор(ы):

РОНИН Владимир (SE),

РОНИН Игорь (SE),

ПАЙК Клинтон Уэсли (US)

(73) Патентообладатель(и):

ПРОСЕДО ЭНТЕРПРАЙЗЕС ЭТАБЛИССМАН (LI)

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПУЦЦОЛАНОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу переработки пуццоланов и может найти применение при приготовлении бетонных смесей, строительных растворов и других смесей, включающих цемент. В способе переработки пуццоланов, включающих шлак и золу-унос, такую как золу-унос Class F и/или Class С, пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, при этом неценосферные частицы в форме крупных частиц шлака распадаются, и в результате чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется, и пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам (вес.%): 5 микрон 15-25, 10 микрон 30-40, 30 микрон 90-95. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение активности пуццолана и повышение прочности строительных материалов с его использованием. 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

Настоящее изобретение относится к способу переработки пуццоланов в виде золы-уноса.

Золу-унос применяют для производства бетонных смесей, строительных растворов и других смесей, включающих цемент. Зола-унос является отходом производства электростанций на твердом топливе, и она образуется в громадных количествах каждый год во всем мире.

Настоящий способ позволяет устранить колебания качества золы-уноса, обусловленные различиями в химических составах углей и параметрах процессов сжигания угля. Переработка пуццоланов, то есть золы-уноса, в соответствии с настоящим способом значительно улучшает рабочую характеристику бетона и позволяет в большей степени заменить стандартный портландцемент, что приводит к значительным экономическим преимуществам и преимуществам с точки зрения защиты окружающей среды.

Зола-унос обычно содержит около 85% стеклообразных аморфных компонентов в форме ценосферических частиц. Согласно стандарту ASTM C 618, золу-унос подразделяют на два класса Class C и Class F. Зола-унос Class F обычно содержит более 70% по массе оксида кремния, оксида алюминия и оксидов железа, в то время как содержание этих компонентов в золе-уносе Class C обычно составляет от 70% до 50%. Зола-унос Class F образуется в качестве отхода при сжигании битуминозного угля. Зола-унос Class C имеет более высокое содержание кальция и образуется в качестве отхода при сжигании полубитоминозного угля.

Согласно Американской ассоциации угольной золы (American Coal Ash Association), в 2006 году в США производилось около 73 миллионов тонн угольной золы в форме золы-уноса и только около 45% было использовано в различных отраслях промышленности, в то время как оставшаяся часть в основном хранилась на полигонах для захоронения отходов. В настоящее время в США замена портландцемента в бетоне составляет только 10 процентов.

Исчерпывающее исследование продемонстрировало, что бетонные смеси с высоким количеством золы-уноса, в которых портландцемент был заменен золой-уносом до содержания выше 50%, характеризуются более высоким нарастанием длительной прочности, пониженной водопроницаемостью и газопроницаемостью, высокой устойчивостью к воздействию хлорид-иона и так далее в сравнении с портландцементными бетонными смесями без золы-уноса.

Вместе с тем бетон с высоким содержанием золы-уноса имеет значительные недостатки. Одним недостатком является очень длительное время схватывания и очень медленное нарастание прочности в течение периода от 0 до 28 дней, особенно при соотношениях воды к вяжущему веществу выше чем 0,50. Эти отрицательные последствия снижают объем применения золы-уноса для замены портландцемента в среднем до 15-20%.

К серьезным проблемам также относится проблема стабильности качества золы-уноса. Обычно отклонения в химическом составе используемого угля и часто изменяемые параметры режима работы бойлеров вызывают образование кристаллической и квазикристаллической фаз, так называемых шлаков, что приводит к снижению реакционной способности золы-уноса, выражаемой так называемой пуццоланической активностью.

Было предпринято несколько попыток по улучшению рабочей характеристики бетонных смесей с высоким содержанием золы-уноса, смотрите, например, публикацию Malhotra, Concrete International J., Vol. 21, No 5, May 1999, pp. 61-66. Согласно этой публикации, нарастание прочности таких бетонных смесей можно было бы улучшить путем значительного увеличения содержания связующего, то есть цемента и микронаполнителя, и сильного уменьшения количества воды, но такой подход требует применения увеличенного количества пластифицирующих добавок для сохранения приемлемой консистенции бетонных смесей, что резко увеличивает стоимость бетона.

Были разработаны ряд способов, относящихся к измельчению золы-уноса для повышения ее пуццоланической активности путем измельчения, которое увеличивает количество частиц золы-уноса с размером около 11 микрон, и одновременного введения оксида кальция. Такие способы описаны в патентных документах США 6818058, 6038987, 5714002, 5714003, 5383521 и 5121795. Все упомянутые известные способы либо не могут обеспечить значительное улучшение рабочей характеристики золы-уноса в качестве компонента бетона, либо не могут предотвратить колебания свойств золы-уноса и гарантировать постоянное качество готового продукта.

Настоящее изобретения решает указанные задачи.

Поэтому настоящее изобретение относится к способу переработки пуццоланов, включающих золу-унос, такую как золу-унос Class F и/или Class C, используемую для приготовления строительных растворов и бетонных смесей, отличающемуся тем, что пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения до крупности частиц готового продукта, характеризующейся удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, при которых распадаются не являющиеся ценосферами крупные частицы шлака, и в силу чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется.

Настоящее изобретение может быть осуществлено при использовании различного типа оборудования для измельчения, такого как помольное оборудование с использованием сред, например перемешиваемое, центробежное, шаровое; или помольное оборудование, в котором не используются среды, например струйное, ударное, валковое, с преобладающими механическими импульсами сдвига, приложенными к подвергаемым обработке частицам, и объединенное с воздушной классификацией.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 90% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон, для достижения прочности в соответствии с пуццоланическим индексом ASTM C 618 после 28 дней, который 75%.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 95% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 99% на сите с размером отверстий 45 микрон, и в которой частицы большего размера измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан после указанного предварительного рассева подвергают совместному измельчению до крупности, характеризующейся удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 микрон.

Согласно значительно более предпочтительному варианту осуществления изобретения пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам:

5 микрон 15-25 вес.%,

10 микрон 30-40 вес.%,

30 микрон 90-95 вес.%.

Пуццолан, подвергнутый обработке, согласно изобретению может быть дополнительно обработан путем добавления портландцемента. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, портландцемент добавляют к указанному пуццолану в количестве до 10% по массе во время или после указанной переработки пуццолана.

Также предпочтительно, чтобы к указанному пуццолану добавляли пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность, в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.

Главным преимуществом настоящего изобретения является то, что предлагаемая обработка золы-уноса минимизирует влияния колебаний в составе угля и условий в бойлере на свойства золы-уноса. Другим преимуществом является возможность увеличить замену портландцемента в бетоне, что значительно снижает выбросы газов сухой перегонки и расход энергии, связанные с производством портландцемента.

Примеры

Подвергали испытанию в соответствии с этим изобретением золу-унос Class F в соответствии со стандартом ASTM C с химическим составом и распределением частиц по размерам (PSD), приведенными в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Химический состав

Соединение

Зола-унос

CaO

15,0%

SiO 2

49,4%

Al 2 O 3

19,6%

Fe 2 O 3

5,2%

SO 3

0,8%

Na 2 O

0,3%

K 2 O

1,2%

Таблица 2

Распределение частиц по размерам

Параметр

Зола-унос

Средний размер частицы (мкм)

15,2

Максимальный размер частицы (мкм)

120

Задержаны ситом с размером 325 меш. (45 мкм), %

22

В таблице 3 ниже приводятся данные по нарастанию прочности согласно стандарту ASTM C 109 смесей 50/50 по массе портландцемента (тип 1 согласно стандарту ASTM C 150) и дополнительных минеральных вяжущих материалов (SCM), не подвергнутых обработке и подвергнутых обработке согласно настоящему изобретению.

Таблица 3

Нарастание прочности при сжатии, МПа (psi)

Тип минеральных вяжущих материалов (SCM)

Время отверждения, дни

1

3

7

28

1. Не подвергнутый обработке шлак после рассеивания (95% крупных частиц 45 микрон)

2,5 (364)

4,3 (630)

5,8 (842)

9,0 (1315)

2. Подвергнутый обработке шлак после рассеивания (95% меньше чем 30 микрон)

6,6 (962)

14,3 (2079)

20,1 (2903)

28,7 (4158)

3. Подвергнутая обработке зола-унос с обработанным шлаком (готовый продукт 95% меньше чем 30 микрон)

8,8 (1269)

19,1 (2769)

27,0 (3911)

35,2 (5108)

4. Смесь 50/50 цемента типа I и доменного шлака (удельная поверхность по Блейну 4000 см 2 /г)

25-28 Мпа

30-38 МПа

Полученные результаты испытаний показывают, что настоящее изобретение позволяет превращать совершенно инертную фракцию крупных частиц золы-уноса с нулевой пуццоланической активностью в реакционно-способную фракцию, которая приводит к значительному увеличению прочности. Цемент с добавками, содержащий 50% портландцемента и 50% золы-уноса, обработанной согласно настоящему изобретению, продемонстрировал при времени отверждения 28 дней прочность, которая составляет 35 - 40 МПа, что соответствует средней прочности, достигаемой для цементов типа I и его смесей 50/50 с высококачественным доменным шлаком.

В дополнение к значительным преимуществам рабочей характеристики, связанным с высокой износостойкостью, и так далее, настоящее изобретение также позволяет получить важный экологический эффект, связанный с возможностью использования для производства бетона низкоактивных зол, которые обычно в качестве отходов подвергали захоронению на полигонах.

Выше были описаны несколько вариантов осуществления изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается описанными выше примерами вариантов осуществления и может быть изменено в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ переработки пуццоланов, включающих шлак и золу-унос, такую как зола-унос Class F и/или Class С, используемую для производства строительных растворов и бетонных смесей, в котором пуццоланы подвергают высокоэнергетической механической обработке путем измельчения в оборудовании для измельчения, в результате чего частицы пуццолана получают механические импульсы, отличающийся тем, что неценосферные частицы в форме крупных частиц шлака распадаются, и в результате чего поверхность ценосферных измельченных частиц активируется, и причем пуццолан подвергают измельчению, для того чтобы готовый продукт имел следующее распределение частиц по размерам:

5 мкм 15-25 вес.%,

10 мкм 30-40 вес.%,

30 мкм 90-95 вес.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 90% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм для достижения прочности в соответствии с пуццоланическим индексом ASTM С 618 после 28 дней, который 75%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 95% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуццолан подвергают предварительному рассеву для отделения фракции с удержанием, по меньшей мере, 99% на сите с размером отверстий 45 мкм, и причем более крупные частицы измельчают до крупности с удержанием менее чем 5% на сите с размером отверстий 30 мкм.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют портландцемент в количестве до 10% по весу во время или после указанной переработки пуццолана.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность, в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что к указанному пуццолану добавляют пластифицирующие добавки, регуляторы времени схватывания и/или смеси, повышающие прочность в форме порошка во время или после указанной переработки пуццолана.