CZ151997A3

CZ151997A3 - Portland cement clinker and the use thereof

Info

Publication number: CZ151997A3
Application number: CZ971519A
Authority: CZ
Inventors: Ivan Prof Dr Odler
Original assignee: Ivan Prof Dr Odler
Priority date: 1994-11-23
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-09-17
Also published as: PL320346A1; US5851282A; EP0793625A1; CA2205839A1; WO1996015996A1; CN1173165A; HUT77272A; JPH10512841A; AU3922395A; DE4441614C1

Description

Vynález se týká portlanského cementového slínku, jeho použití , jakož i portlandského cementu · Portlandský cement sestává obvykle z port landského cementového slínku a nosiče síranu ,obvykle sádry.

Dosavadní_stav_techniky

Portlandský cementový slínek se vyrábí ze smědi surovin , která obsahuje hlavně oxid vápenatý /CaO/, dioxid křemičitý /afO₂/ , trioxid hlinitý /Al^O^/ a trioxid železitý / Fe₂O-j/ v určitých podílech. Zahříváním této směsi až do slinování se z ní tvoří nové sloučeniny, tak zvané slínkové fáze. Jejich typické podíl; r-ožství v procentech množství se mohou udávat následovně:

C₃S / 3 CaO x SiO₂/ 4o až 80

C₂S / 2 CaO x SiO₂/ C 30

C^AF / 4 CaO x AljO^ x Fe₂O₃/ 4 až 15

C^A / 3 CaO x A1₂O₃/ 7 až 15

Vodou rozdělaný a vytvrzený cement vděčí své pevnosti především slínkové fázi C₃S.

Výroba cementového slínku vyžaduje značný náklad energie. Tento sestává z části z tepelných ztrát p*i vypalování / zejména sáláním, ztrátami

-2odpadních plynů a horkým slínkem, vynášeným na konci pece /. Další podíl energie se spotřebuje pro endorhermní reakce, zejména pi rozkladu uhličitanu vápenatého / v podstatě nosiče CaO / na oxid vápenatý.

S ohledem na to se vyvíjí snaha snížit náklady na energii.

Při tom se nejdříve jevilo být logickým , že by se tento cíl mohl nejjednošeji dosáhnout tím, když by se podíl slínkové fáze /CjA, C-^S/, bohaté na CaO, snížil co se týká množství a obsah fází, které jeou na CaO chudší /C₂S , C^AF/ by se , co se týká množství p*imě*eně zvýšil.

Nevýhodou by ale při tom bylo, že by odoovídající cemint p*i svém vývoji pevnosti zaostal daleko za běžnými portlandskými cementy, nebol by hydratace C₂S a C^AF probíhala mnohem pomaleji než hydratace C^S a C^A.

V této souvislosti se zkoušelo, nahradit slínkovou fázi C^S C^A^S / přičemž S zastupuje

SO^/, nebol C^A^É relativně rychle hydrátuje.

V tomto případě je nezbytná zvláštní přísada nosiče síranu do směsi surovin, přičemž největší část síranu / vyjádřeno jeko SO^/ je vázáno ve fázi C.A-.S.

3

Nevýhodou tohoto známého c mentu / slínku / je to, že se p*i procesu vypalování již vůbec netvoří žádný C^S, protože se tvorbě C^S zabrání přítomností síranu /SO^/. Zement-Kalk-Oios,

-34/1990, str. 199 již popisuje, že obsah C^S /elitu / se se stoupajícím obsahem SO^ slínku znižuje. K tomu přistupuje to, že se při nižších teplotách vypalování asi 1250 až 130C °, nutných pro tvorbu C^A^S , v přítomnosti vysokých podílů S0₃ / 3 až 10 % hmotn./ nezbytných pro tvorbu C^A^S ,netvoří žádný C^S. Zvýšení teploty je vyloučeno, nebol potom je opět C^A^S nestabilní a nemůže se již tvořit.

DE 42 04 227 Cl popisuje portlandský cementový slínek, který má obsah SO^ 3 až 8 % hmotn. Tento obsahuje vedle C^A^S i 30 až 80 % hmotn. C^S. Syntéza tohoto slínku se dosáhne přísadou obsahující F~ ke směsi surovin. Vedle tepelné energie je při tom nezbytné rozemletí slínku , a k tomu je nutná elektrická enrgie.

tata_vynále zu

Vynález si klade za základní úlohu nabídnout portlandský cement, jehož slínek by byl vyrobitelný při nižších teplotách vypalování než je tomu u konvenčního oortlandského cementu a se sníženým nákladem na energii by se dal rozemlít, přičemž z tohoto vyrobený portlandský cement by po rozdělání s vodou vyvíjel pevnost,která by byla při nejmenším rovnocenná konvenčnímu portlandskému cementu.

S překvapením bylo zjištěno, že se takovýto Dortlandský cementový slínek s obsahem C^S mezi 40 až 80 % hmotn. dá vyrobit a může se vypalovat

-4p*i nižších teplotách 1250 až 1350 °, když se ke směsi surovin přimíchá přísada obsahující SO^, přičemž obsah SO^ ve slínku má být mezi y 1,0 až / 3,0 % hmotn. Přísada prostředku obsahujícího fluo / například Ca?2 nebo ZnO / k urychlení procesu vypalování není nutná ale je možná.

Předpokladem je dodržení znaků uvedených v patentovém nároku 1. Potom vyplývají následující přednosti.

Snížením teploty vypalování se zmenšuje spotřeba energie při výrobě slínku.

Slínek může sice mít vyšší hodnoty volného vápna než slínek vypalovaný při vyšších teplotách, avšak ani obsahy CaO až do 5>0 % hmotn. nevedou u slínku / cementu / podle vynálezů k jevům rozpínání při tuhnutí nebo ke ztrátám pevnosti. To zřejmě souvisí se zvýšenou reaktivitou CaO vytvořeného při nízkých teplotách, který ještě před procesem ztuhnutí zreaguje na Ca/OH/2 a tím se stane nezávadným. Při tom byla konstatována vyšší počáteční pevnost slínku / cementu / oproti konvenčním portlandským cementům při stejném standrdu vápna a stejné melitelnosti. část oxidu vápenatého nezbytného pro tvorbu fáze slínku se vnese místo pomocí uhličitanu vápenatého síranovým nosičem, například anhydritem / CaSO^/, čímž se pi stejném standardu vápna dále sníží sootřeba energie.

Důležitou předností je vysoká /celková/

-5poréznost slínku,která vede ke snadnému, energii šetřícímu a tím cenově výhodnému mletí. Činí zpravidla více než 8,0 % obj.

Vývoj pevnosti je vyšší než u obvyklých portlandských cementů.

Celkový obsah SO^ v cementu má být mezi 2 až 4 % hmotn.

Výhodný je cementový slínek, který vykazuje následující podíly slínkové fáze v % hmotn.

C₃S Í	'X-	70	/	65	až	: 75 /
C₂S :	r\j	10	/	7	až	13/
C.AF : 4		10	/	7	až	13/

Výhodný obsah SO^ ve slínku je možno uvést s 1,5 až 2,5 % hmotn., vztaženo na slínek.

Nezbytná složka, obsahující SO^, se s výhodou snáší ve formě nosiče síranu vápenatého.Je ale také možné použít průmyslové zbytkoví látky obsahující siřičitan a/nebo síran,jako například popel z ze spalování ve fluidní vrstvě a/nebo stabilizát z odsíření koutových plynů. Při přídavku produktu obsahujícího siřičitan dochází k dalšímu ušetření paliva, nebol oxidace si^ičitanu na síran je exothermní proces.

Odpovídající nosič síran vápenatý se může použít i pro výrobu hotového portlandského cementu z Dopsaného slínku.

Pro optimalizaci reakce tuhnutí se navrhuje

-6výhodná forma provádění , DOdle níž se slínek rozemele na specifický povrch 2500 až 4000 cm /g /podle Blaina/ , p*ičemž se mletí může provádět na základě velké poráznosti slínku malým nákladem energie popřípadě při kratší době trvání mletí.

Poukazovalo se již na možnou malou spotřebu paliva p*i výrobě slínku podle vynálezu.Pokusy ukázaly, že spotřeba energie se sníží až o 10 % .

Kromě toho je méně náročné vyzdívání vypalovací pece / rotační pece/. I v tom jsou ná klady výhodné.

Konečně se při vypalování slínku vyvíjí méně tavné fáze / rovněž na základě nižší te ploty vypalování/, což vede k popsanému vysoce poréznímu slínku. Zlepšená melitelnost vede k ušetření energie při mletí, které může být až 50

Rovněž se v důsledku nižších teplot vypalování sníží škodlivé emise, například CO^ a amise NO . Mohou se zpracovávat i orůmyslové zbytkové látky obsahující síru, spolu jako složka surové můučky.

Příkladné_proyedení vynálezu

Vynález je dále blíže vysvětlen pomocí různých příkladů provedení.

Vzorek 1 popisuje sulfobelitický cement, který je prostý C^S , ale má podíl C^A^S 20 % hmotn.

-ΊVzorek 2 popisuje cement podle vynálezu,který neobsahuje C^A^S .

Vuorek 2 se týká cementu podle DE 42 04 227 Cl.

Podíly elínkových fází, obsah SO^,zvolená teplota vybalování stejně tak jako obsah SO^v cementu jsou uvedeny v následující tabulce jakohodnoty pevnosti v tlaku po 1, 3, 7 , 28 a 365 dnech.

Z toho vyplývá , že vzorky podle vynálezu mají zřetelně zlepšenou počáteční pevnost, a rovněž další vývoj pevnosti převyšuje zčásti drasticky vývoj pevnosti srovnávacího vzcrku 1.

Aby se zdůraznily přednosti ,které lze dosáhnout pomocí portlandského cementu podle vynálezu, je kromě toho uveden vzorek 4, kterým je konvenční portlandský cement,který byl vypalován při 1480 °C.

Lepší vývoj pevnosti vede k následujícím výhodám oproti známým portlandským cementům :

výrobě výšehodnotných cementů p*i stejném stamdardu vápna a melitelnosti, rozemletí na menší specifické povrchy při stejném vývoji pevností výrobě směsných cementů s nříznivějším vývojem pevnosti nebo vyšším obsahem přimletých látek.

	1 ->	1 co 1	ro	l-o
		1 1
\	1 co	1 ->	00	O
	1 0	1 0	O
Pť		1 1
(D		1
		1		Ch
ω	1 0	1 0	O	O
w		1
(IX		1
ω	1 t->	1	H
H·	1 0	1 0 I	O	O
cn		1 1
C		1
4		1
0		1 to		ro
	1 0	1 0	O	O
(-*·		1
	1	1 1
<+		1 1
rx	i	1
0	1 H	1 to	H*	ro
p*	1 O	1 0	O	O
<+		1
0		1 I
		1 1
N		1
O		1
4		1
%	1 0	1 VI	ro	-0
P>	1 **	1 ^w
	1 0	1	<0	to
&		1 H>
<<		1 \
(->		1
O		1 1
X) i<	1 H	1 1 H	H	H
H-	1 >	1 ro	ro	ro
fX	1 co	1 <π	co	O
QX	1 0	1 0	0	O
P		1
0		1 I
0		1 1
w		1
VI		1 H		l-o
	1 PO	1 Ch	to	-r>
		1	—
		1	vO	VI
P“		1
S		1
O		1
c+		1
P	ΐ	1
•		1
0		1 1
£D	1 PO	1 to	-P»·	ro
	1 H	1 Ch	-0	Η·
PO	1 ^w	1 *·	w	w
	i VI	1 0 1	ro	0
	1 -e-	1 1 to	VI	ro
	1 MO	1 -4	<40	-v
	i ·*	1 **		x·
	1 -o	1 0 1	0	0
	1 -0	1 1 -Τ-	Ch	ro
	1 ro	Ι to	-0
	1 ·*	1 **		x·
	1 VI	1 VI 1	0	0
	1 00	1 1 Φ»	-O	to
	1 H	1 ch	to	ro
	1 *·	1	«·	X·
	1 vi	1 VI 1 1	-0	VI
	1 00	1 1 1 1 +►	CO	-v
	1 vi	1	ViO	-4
	l ^w	1 *·	w	X·
	1 O	1 0	<0	VI

slínková fáze / % hmotn./ SO^ teplota celkový pevnost v tlaku /N/mm /

C^S C2S C^A C^A^S C^AF ve slínku vyňalo- SO^ ld 3d 7d 28 d 365d /% hmotn./ vání /% hmotn./

Claims

1. Portlandský cementový slínek s následujícími slídovými fázemi v % hmotn.

C^S : 40 až 80

C.AF : < 20 4

C₂S : < 30

C₃A : 4. 20 a s obsahem SO^ mezi 1,0 až 3,0 % hmotn.,vztaženo na slínek, získaný vypalováním směsi surovin obsahující CaO,. SiO2,Al₂O₃, Fe₂O₃ za přísady obsahující SO^ při teplotách mezi 1200 až 1350 °C.

2. Portlandský cementový slínek oodle nároku 1, s obsahem SO^ mezi 1,5 až 2,5 % hmotn.,vztaženo na slínek.

3. Portlandský c mentový slínek podle nároku

1 nebo 2 , u něhož byla přísada obsahuj-ící SO^ vnesena ve formě nosiče síranu vápenatého.

4. Portlandský cementový slínek podle nároku 3, u něhož byla přísada, obsahující SO^ vnesena ve formě sádry, anhydritu a/nebo průmyslových zbytkových látek jako například popele ze spalování ve vířivé vrstvě a/nebo stabilizátu z odsíření kouřových plynů.

5. Portlandský cementový slínek podle jednoho z nároků 1 až 4 , který neobsahuje C^a^s.

-106. Portlandský cementový slínek podle jednoho z nároků 1 až 5 , u kteréhosouěet podílů C₂S a C-^A ve slínkových fázích je menší než 5 % hmotn.

7. Portlandský cementový slínek podle jednoho z nároků 1 až 6 s obsahem volného CaO mezi 0,5 až 5,0 % hmotn.

8. Portlandský cementový slínek podle jednoho z nároků 1 až 7s otevřenou celkovou porézností 8 % obj.

?. Použití oortlan’ského cementového slínku podle nároků 1 až 8 jako oortlandského cementu.

10. Použití portlandského cementového slínku podle jednoho z nároků 1 až 8 pro výrobu směsných cementů po přídavku hutního písku pucolanů nebo jiných latentně hydraulických slátek, jako například popelů ze spalování ve vířivém loži nebo stabilizátu z odsíření koutových plynů , a to jednotlivě nebo ve směsi.

11. Portlandský cement, z.'portlandského cementového slínku podle jednoho z nároků 1 až 8 a až do 2 % hmotn. SO^ ve formě sádry a/nebo anhydritu, který, po společném rozemletí má specifický povrch podle Blaina mezi 1500 až 4000 cm /g.