CZ424498A3 - Způsob výroby sulfátového cementu nebo přídavných látek do sulfátového cementu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby sulfátového cementu nebo přídavných látek do sulfátového cementu.

Dosavadní stav techniky

Již na začátku tohoto století bylo objeveno, že granulované vysokopecní strusky nemohou být sami vápnem nebo portlandským cementem aktivovány k hydraulickému vytvrzení, nýbrž takovéto strusky jsou schopné vytvrzení kombinací sádry v množství od asi 10 do 15 % hmotnostních. Navzdory tomuto poznatku zůstalo technické využití tohoto poznatku omezené. Sádra jako zástupce takovýchto sulfátů v sobě skrývala nebezpečí způsobené bobtnáním sádry. Při bobtnání sádry vzniklá místní potřeba prostoru pro reakční produkt bohatý na krystalickou vodu vede k trhavému účinku. Toto platí především tehdy, když jako u známých sulfátohutních cementů může být počáteční tuhnutí vyvoláno jen přidáním slínku portlandského cementu jako nositele vápna. U známých sulfátohutních cementů je přisazována vysokopecní struska s 15 % hmotnostních síranu vápenatého ve formě surové mleté sádry a asi 2 % hmotnostních portlandského cementu. Přítomnost vápenného hydrátu v prvním stádiu tuhnutí se ukázala jako nutná, neboť jinak se prvotně vytvoří silná vrstva gelu, předtím než vůbec dojde k sulfatickému vytvrzení.

V této souvislosti je důležité, že mechanismus tvrdnutí sulfátových cementů není srovnatelný s alkalickou aktivací hydratačního procesu u portlandského cementu. U hutního cementu dostačuje k vyvolání hydratace přítomnost vápenného hydrátu, naproti čemuž v případě známých sulfátových hutních cementů musí proběhnout opravdová reakce v jejímž průběhu je sádra převedena na sulfoaluminát vápenatý. Teprve tento sulfoaluminát způsobuje požadované tvrdnutí, přičemž okolnost, že bobtnání sádry musí být s jistotou zabráněno vedla ktomu, že u známých hutních cementů musí být dodržena vysoká jemnost mletí nejméně od 4 000 až 6 000 cm²/g. Ostatně se ukázalo, že většina vysokopecních strusek je pro • · « · výrobu sulfátových hutních cementů nevhodná. Toto platí o to více, že obvyklé vysokopecní strusky zpravidla vykazují malý obsah oxidu hlinitého, takže se nedaří potřebné vytvoření sulfoaluminátů, nebo se daří nedostatečně, takže opět zůstává nebezpečí bobtnání sádry. Konečně, vysoký obsah vápna je potřebný, není však zpravidla u vysokopecní strusky k dispozici. Vysokopecní cementy nenabyly ze všech vyjmenovaných důvodů ve stavební praxi žádného významu.

Podstata vynálezu

Vynález je tedy zaměřen na vytvoření způsobu v úvodu uvedeného druhu, kterým by se dosáhlo cementu nebo přídavných látek do cementu s vynikající odolností proti sulfátům a mořské vodě, a které se dají použít například jako cementy do vrtaných děr, přičemž bude s jistotou odvráceno nebezpečí bobtnání sádry. Řešení tohoto úkolu představuje způsob podle vynálezu spočívající v podstatě v tom, že hydraulicky aktivní syntetické strusky se struskovou zásaditosti CaO / S1O2 mezi 1,35 a 1,6, jako například strusky ze spaloven odpadu a/nebo vysokopecní strusky smíchané s ocelářskými struskami po redukci kovových oxidů v tavenině a obsahu AI2O3 od 10 do 20 % hmotnostních a obsahu oxidů železa pod 2,5 % hmotnostních v množství 5 až 20 % hmotnostních, vztažených na celkovou směs nějakého sulfátu alkalické zeminy, jako je například surová sádra, sádra z odpadních plynů, sádra ze zařízení pro odsíření kouřových plynů, sádra smíchaná s anhydritem v mleté nebo drcené formě.

Tím, že se přirozeně vyskytují strusky, které zpravidla v žádném případě neodpovídají všem požadovaným podmínkám, nýbrž je užívána hydraulicky aktivní syntetická struska, daří se vytvářet předpoklady pro úplné zamezení bobtnání sádry i vyrábět cement, nebo přídavky do cementu, které se vyznačují zlepšenou odolností proti mořské vodě a zlepšenou odolností proti sulfátům. Tím, že je nyní užívána syntetická struska, daří se už při syntéze strusky nastavit zásaditost strusky mezi 1,35 a 1,6, která je u vysokopecních strusek zpravidla nedosažitelná, přičemž se toto daří například tím, že jsou strusky ze spaloven odpadů smíchány s ocelářskými struskami a oxidy kovů, obsažené v takovýchto struskách, jsou redukovány. V této » · strusce, pokud to není ještě zajištěno zvolenými výchozími struskami, může být obsah AI2O3 nastaven na udané hodnoty od 10 do 20 % hmotnostních, přičemž redukováním tekutých strusek musí být nastaven nejen obsah těžkých kovů ale zejména také obsah oxidů železa pod 2,5 % hmotnostních, aby nebyly následně pozorovány nežádoucí vedlejší účinky. Tím, že je nyní používána takováto vysoce vyčištěná syntetická struska, může být použita jako nosič zemních sulfátů řada obtížně zneškodnitelných materiálů, jako například sádra z odsiřovacích zařízení kouřových plynů, surová sádra, sádra z odpadních plynů, ale také sádra a anhydrit. Strusky zde musí být semlety na výrazně nižší jemnost mletí, než tomu bylo u známého sulfátohutního cementu a zejména není požadováno, aby byly strusky mlety společně se sádru, jak tomu bylo v minulosti, aby se dosáhlo odpovídajícího dobrého promíchání.

Při výrobě sulfátového hutního cementu obvyklé přidávání surové sádry s hutní struskou přináší při mletí řadu těžkostí. Sádra má v takovýchto směsích sklon k mazlavosti, takže bez dalšího nemůže být dosaženo potřebné jemnosti mletí. Pro homogenní rozptýlení sádry požadovaná vysoká jemnost, jak to bylo požadováno u sulfátohutního cementu, se dá docílit jen s velkými obtížemi. Naproti tomu stačí při volbě syntetické strusky podle vynálezu semlít tuto strusku na významně menší jemnost a sádru, taktéž s odpovídající menší jemností, dodatečně přimíchat, přičemž může být přesto docílena požadovaná homogenita směsi.

Podle vynálezu je s výhodou postupováno tak, že jemnost mletí syntetických strusek je volena mezi 2 800 a 3 500 cm²/g, přičemž takováto jemnost mletí je zřetelně menší, než jemnost mletí požadovaná pro známé sulfátohutní cementy.

Aby byla zajištěna následně požadovaná sulfoaluminátová reakce je s výhodou postupováno tak, že obsah AI2O3 je nastaven mezi 12 a 18 % hmotnostních.

S výhodou je použit CaSO4 v množství mezi 8 a 15 % hmotnostních, přičemž může být zajištěno odpovídající rychlé vytvrdnutí tím, že zásaditost strusky je volena větší, než 1,45, s výhodou asi 1,5.

• · · ·

Obsah AI2O3 může být nastaven zvláště jednoduchým způsobem přidáním hlíny, jílu nebo přírodního oxidu hlinitého, přičemž toto nastavení se může provést v tekuté fázi strusky.

Příklady provedení vynálezu

V ocelářských struskách je obvykle obsaženo asi 16 % hmotnostních S1O2, 50 % hmotnostních CaO a 1 % hmotnostní AI2O3 . Takovéto ocelářské strusky mohou tak být použity jako nosič vápna k nastavení zásaditosti ostatních strusek, jako například strusek ze spaloven odpadu, které jsou většinou označeny jako kyselé strusky. Vysokopecní strusky jsou zpravidla také označovány jako kyselé a jsou k dostání jen vzácně se struskovou zásaditosti větší než 1,1 nebo 1,2. Cementy z vysokopecní strusky obsahují obvykle S1O2 v množstvích od asi 37 % hmotnostních a CaO v množstvích od asi 32 % hmotnostních. Ve vysokopecních struskách tohoto druhu je ovšem AI2O3 zpravidla obsažen v množství od asi 13 % hmotnostních, takže směsi z ocelářských strusek a vysokopecních strusek v tekuté formě po odpovídajícím nastavení zásaditosti obsahu AI2O3 a po redukci příliš vysokého obsahu chrómu a železa z ocelářských strusek, například použitím kovové lázně, jsou vhodné pro syntetickou strusku, která může být následně zpracována na sufátový cement.

Podobné platí pro použití strusek ze spaloven odpadů a spaloven domovních odpadků, strusek nebo prachů, které musí být taktéž z důvodu obsahu kovových oxidů pomocí odpovídající redukce nad kovovou lázní předem vyčištěny, aby mohly v odpovídajícím složení jako syntetická struska najít použití při výrobě sulfátového cementu. Také strusky ze spaloven odpadů jsou zpravidla označovány jako kyselé, přičemž se takovéto strusky vyznačují zpravidla obsahem AI2O3 v rozmezí od 10 do 25 % hmotnostních a zásaditosti menší než 0,5. Takovéto strusky tedy obsahují významně vyšší podíly S1O2 a také CaO a sami o sobě jsou bez odpovídajícího nastavení zásaditosti a odpovídající redukce oxidů železa nad kovovou lázní, jako výchozí materiál nevhodné. Také zde musí být v tekuté fázi nastavena vhodná strusková směs pro požadovanou hydraulicky aktivní syntetickou strusku, pro

zajištění potřebné zásaditosti mezi 1,35 a 1,6, přičemž jen tato zásaditost může zajistit, že reakce sulfoaluminátu bude, bez primární hydratace při použití vápenného hydrátu popřípadě portlandského cementu, umožněna, neboť jinak by byla tato reakce znemožněna tvorbou gelové vrstvy.

Pro porovnání byl vyroben sulfátohutní cement a porovnán s cementem vyrobeným podle vynálezu. Při tomto porovnání se ukázalo, že vývoj pevnosti v tlaku u cementu podle vynálezu vykázal vyšší konečnou pevnost, při nepatrně nižší pevnosti po 3 dnech. Hodnoty pevnosti v tlaku činily u sulfátohutního cementu po 3 dnech 41 N/mm² oproti 38 N/mm² u cementu podle vynálezu. Po 28 dnech mohla být u sulfátohutního cementu dosažena pevnost v tlaku 76 N/mm², naproti tomu cement podle vynálezu vykazoval hodnoty 82 N/mm². Pevnost v ohybu byla u cementu podle vynálezu asi dvakrát vyšší než u známých sulfátohutních cementů. Sulfátohutní cement dosáhl pevnosti v ohybu 7 N/mm², naproti tomu s cementem podle vynálezu byly docíleny hodnoty 14 N/mm²

Při těchto srovnávacích pokusech bylo pozorováno, že cement podle vynálezu vynikal významně nižší náchylností ke smršťování. Zatímco u hutních cementů a obvyklých směsových vysokopecních cementů byly pozorovány praskliny, byly praskliny u cementu podle vynálezu z důvodu významně nižší náchylnosti ke smršťování dalekosáhle vyloučeny a nebyly pozorovány.

Jemnost mletí byla v průběhu zkoušek určena podle Blaine(a) v souladu sASTM standardem C 204-55. Ve srovnávacích pokusech použitý cement ze sulfátové huti byl semlet přiměřeně nákladněji a jemněji a použit s jemností mletí 5 000 cm²/g, a naproti tomu cement podle vynálezu, použitý při srovnávacích pokusech byl semlet pouze na 3 000 cm²/g.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby sulfátového cementu nebo přísad do sulfátového cementu, vyznačený tím, že se hydraulicky aktivní syntetické strusky o struskové zásaditostí CaO / SiO2 mezi 1,35 a 1,6, jako například struska ze spalování odpadů a/nebo vysokopecní struska smíchaná s ocelářskými struskami po redukci kovových oxidů v tavenině a obsahu AI2O3 od 10 do 20 % hmotnostních a obsahu oxidů železa pod 2,5 % hmotnostních v množství 5 až 20 % hmotnostních vztažených na celkovou směs nějakého sulfátu alkalické zeminy, jako je například surová sádra, sádra z odpadního plynu, sádra z odsiřovacích zařízení kouřových plynů, sádra nebo anhydrit, smíchají v rozemletém, popřípadě v rozdrceném stavu.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že jemnost mletí syntetických strusek se volí mezi 2 800 a 3 500 cm²/g.
3. 3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačený tím, že obsah AI2O3 se nastaví mezi 12 a 18 % hmotnostních.
4. 4. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačený tím, že se použije CaSO4 v množstvích mezi 8 a 15 % hmotnostních.
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že zásaditost strusek se volí větší než 1,45, přednostně 1,5.
6. 6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že obsah AI2O3 se nastaví přidáním hlíny, jílu nebo přírodního oxidu hlinitého.