NO324615B1 - Fremgangsmate for behandling av sementklinker - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for behandling av sementklinker ved maling av disse.

Sementklinkeren som den foreliggende oppfinnelsen vedrører er fortrinnsvis Portland sementklinker, selv om den ikke er begrenset til Portland sementklinker, men kan anvendes med andre sementklinkere.

Den nærmeste kjente teknikk er beskrevet i EP-patentsøknad EP 0 081 861 og i publikasjon WO 94/00403, som lærer fremgangsmåter for maling av Portland sement klinker med mineraladditiver og et organisk vannreduseringsmiddel. Ifølge den sistnevnte publikasjonen blir vann også tilsatt til det siste valsekammeret med den hensikten å justere temperaturen.

Som et resultat av den fysiske og kjemiske adsorpsjonen av molekyler av vannreduksjonsmiddel på klinkerpartiklene vil den resulterende malte sementen ha et redusert vannbehov og også større styrke ved sammenligning med standard Portland sement. En avgjørende ulempe med denne fremgangsmåte er vanskeligheten ved kontroll av utstrekningen av reaksjonen mellom Portland klinker og vannreduksjonsmiddel, denne reaksjon har en direkte innflytelse på innstabiliteten til egenskapene til den ferdige sementen.

Den samme reduksjon i vannbehov kan også oppnås ved tilsetning av et vannreduksjonsmiddel direkte til betong med vann i overensstemmelse med konvensjonelle fremgangsmåter. Ingen ønskelig økning i den kjemiske reaktiviteten til Portland klinker kan oppnås med disse fremgangsmåter.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til behandling av sementklinker under malingen av klinkeren og tilsetning av forskjellige substanser dertil for å øke styrkeegenskapene til den produserte sementen.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører således en fremgangsmåte til behandling av sementklinker ved maling av nevnte klinker i en rørformet mølle under tilsetning av vann og gips og eventuelt også et vannreduksjonsmiddel på det samme tidspunkt, hvor fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det under malingen av klinkeren injiseres vann som har en pH på omkring 9-13.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i flere detaljer med referanse til forskjellige utførsler derav.

Sementklinker blir normalt behandlet ved først å oppvarme klinkeren eller "kalsin" i en røsteovn ved en temperatur på 900-1450 °C, for således å danne forbindelsene 3 CaO Si02, 2 CaO Si02, 3 CaO A1203 og 4 CaO A1203 Si02. Denne behandlingsfrem-gangsmåten resulterer i normal Portland sement.

I et trinn nr. 2 blir klinkeren malt sammen med gips til partikkelstørrelser på mellom 10-20 um i en rørformet mølle som inneholder stålkuler. Vann blir tilsatt under denne malingsfremgangsmåte. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører dette andre trinnet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen har vannet en pH på omkring 9-13 og blir injisert inn i møllen under malingen av klinkerne.

Ifølge en meget foretrukket utførsel av oppfinnelsen er det injiserte vannet blitt brakt til denne pH-verdien ved hjelp av elektrolyse.

OH"-ioner blir således injisert inn i møllen. Disse ionene utgjør høyt reaktive radikaler som fester seg til overflatene av de ikke-hydrerte sementpartiklene og letter dannelsen av qCaO'mSi02'nH20 komplekset. Dette kompleks blir dannet på overflaten av sementpartiklene.

Malingen av klinkeren i den rørformede møllen vil således resultere i et tørt produkt som omfatter sementpartikler som har diameter på 10-20 um, disse partiklene er forhydrert så mye at deres overflater er dekket enten fullstendig eller delvis med et forhydrert belegg som omfatter nevnte kompleks.

Fordi partiklene er forhydrerte er de meget reaktive. Adsorpsjon av OH" -radikaler på overflatene til klinkerpartiklene resulterer i nevnte kompleksdannelse og aktivering i kraft av dannelsen av en film av hydrosilikatér på partiklene. Dette kompleks virker som en kjerne ("nukleant") for etterfølgende reaksjon med vann. I kombinasjon-resulterer dette i en signifikant forbedring i styrkeutviklingen til sementpasta og en redusert porøsitet som vil være tydelig fra de etterfølgende eksemplene.

Ifølge en foretrukket utførelsesform blir et mikrofyllmiddel bg/eller et vannreduksjonsmiddel tilsatt under målefremgangsmåten.

Ifølge en meget foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen blir deler av mikrofyllmidlet og/eller varmreduksjonsmidlet. blandet med nevnte vann med høy pH-verdi for å danne en oppslemming som injiseres inn i møllen under malefremgangsmåten mens tørt mikrofyllmiddel og/eller vannreduksjonsmiddel tilsettes under malefremgangsmåten.

Det foretrekkes at vanrireduksjonsmidlet blir oppslemmet og at denne oppslemming bringes til nevnte pH-verdi ved elektrolyse før injiseringen av oppslemmingen inn i møllen.

Forholdet mellom den tørre substansen/substansene og oppslemmingen vil fortrinnsvis ligge i området mellom 95 vekt-%/5 vekt-% til 85 vekt-%/15 vekt-%.

Den flytende fasen til oppslemmingen vil fortrinnsvis overstige 50 vekt-% av oppslemmingen.

Ifølge en annen foretrukket utførelsesform blir mikrofyllmiddel i form av SiCVholdige substanser slik som masovnslagg og kalkstein avlevert til den rørformede møllen i en mengde på opptil 80 % av den kombinerte vekten av mikrofyllmidlet, vannreduksjonsmiddel og vann avlevert til møllen.

Ifølge en annen foretrukket utførelsesform blir vannreduksjonsmiddel i form av polymerer slik som lignosulfonat baserte polymerer som inneholder naftalen eller melamin eller kombinasjoner derav avlevert til den rørformede møllen i en mengde på opptil 5 % av den kombinerte vekten av mikrofyllmiddel, vannreduksjonsmiddel og vann avlevert til møllen.

Et antall eksempler vil nå bli beskrevet. Den etterfølgende tabellen viser resultatene oppnådd med hensyn til vannbehov, trykkstyrke og porøsitet.

Eksempel 1

Portland sementklinker med den kjemiske sammensetningen i vekt-% C3S = 64,5, C2S = 11,0, C3A = 9,5, C4AF = 9,0, Na20 = 0,10 og K20 = 0,25 ble fylt i en rørformet mølle. Bokstaven C i denne sammensetningen er en forkortelse for CaO, A er en forkortelse for A1203 og F er en forkortelse for Fe203. Den rørformede møllen målte 1,5 i diameter og 3,5 m i lengde. Gips ble fylt på sammen med Portland sementklinkeren i en mengde tilsvarende til 3 % av vekten av klinkeren sammen med ikke-destillert vann tatt fra det normale vannforsyningssystemet. Dette vannet var blitt utsatt for elektrolyse i et jevnstrømsfelt med en strømstyrke på 1,75 A/dm og en spenning på 380 V i to minutter, for således å oppnå en pH-verdi på 11,2. Vannet ble avlevert til den rørformede mølle på dispergert form. Den produserte sementen hadde et spesifikt overflateareal (Blaine) på 4800 cm<2>/g.

Den således oppnådde sementen ble blandet med vann i et Hobart blandeapparat i 3 minutter for å oppnå en sementpasta med standard konsistens. Sementpastaen ble helt i en kubisk stål støpeform med 20 mm høye sider og gjort kompakt på et vibrasjons-bord. Sementpastaprøven ble herdet i vann ved 20°C og deretter utsatt for trykktester.

Eksempel 2

En Portland sementklinker ifølge beskrivelsen i eksempel 1 ble malt på en tradisjonell måte og en sementpastaprøve ble produsert i overensstemmelse med eksempel 1 ovenfor.

Eksempel 3

En Portland sementklinker tilsvarende til klinkeren definert i eksempel 1 ble malt i overensstemmelse med eksempel 1 sammen med for-malet kalkstein som et mikrofyllmiddel, nevnte kalkstein hadde et spesifikt overflateareal (Blaine) på 3000 cm<2>/g. Den totale vekten av den formalte kalksteinen tilsvarte 15 vekt-% av vekten av sementen og ble fylt på i to forskjellige tilstander, nemlig 80 % i en fast tørr tilstand og 20% i en tilstand oppslemmet med 35% vann.

Væskefasen til oppslemmingen omfattede vann fra springen som var blitt elektrolysert med 3,5 A/dm<2> og 380 V over en periode på 2 minutter for å oppnå en pH på 11,5. Oppslemmingen ble tilført den rørformede møllen i en dispergert tilstand. Oppslemmingen ble tilført til møllen sammen med klinker, gips og det tørre mikrofyllmidlet. Den produserte sementen hadde et spesifikt overflateareal (Blaine) på 4708 cm<2>/g.

Sementpastaprøver ble produsert på måten beskrevet i eksempel 1.

Eksempel 4

Portland sementklinker og et kalkstein mikrofyllmiddel ble malt tradisjonelt i de samme mengdene som de i eksempel 3, med mikrofyllmidlet kun tilsatt i en tørr tilstand. Den produserte sementen hadde et spesifikt overflateareal (Blaine) på 4813 cm<2>/g.

Sementpastaprøver ble produsert på måten beskrevet i eksempel 1.

Eksempel 5

Fremgangsmåten som ble fulgt i dette eksemplet var den samme som den anvendt i

eksempel 1, men med den unntagelse at i dette tilfellet ble et middel til å gjøre flytende tilsatt til systemet. Midlet til å gjøre flytende var på formen av en 40 % oppløsning av et melamintype superplastisifiseringsmiddel, nemlig "Flyt 92" produsert av Cementa AB, Sverige. Midlet til å gjøre flytende ble tilsatt i en mengde tilsvarende til 1 vekt-% av total møllefyllmengden.

Midlet til å gjøre flytende ble tilsatt til den flytende fasen til oppslemmingen før denne ble utsatt for elektrolyse. •

Sementpastaprøver ble produsert i overensstemmelse med eksempel 1..

Eksempel 6

Fremgangsmåten som ble fulgt i dette eksemplet var den samme som den anvendt i eksempel 2, dvs. tradisjonell maling, men med den unntagelsen at et middel som gjør flytende ifølge eksempel 5 ble tilsatt med vann på en konvensjonell måte i den samme mengden som den i eksempel 5, under støpningen av sementpastaen.

Sementpastaprøver ble fremstilt på måten beskrevet i eksempel 1.

Eksempel 7

Fremgangsmåten fulgt i dette eksempel var den samme som den fulgt i eksempel 1. Den oppnådde sementpastaen ble deretter behandlet i overensstemmelse med fremgangsmåten beskrevet i internasjonal patentsøknad W094/25411 (PCT/SE94/00389), hvor sementpastaen blir behandlet i en vibrasjonsmølle med en vibrasjonssirkel på 10 mm i diameter og drevet ved en frekvens på 110 r.p.m., over en periode på 30 minutter. Vektforholdet av malemedium til blanding var 9:1.

Sementpastaprøver ble fremstilt i overensstemmelse med eksempel 1.

Eksempel 8

Fremgangsmåten fulgt i dette eksempel var den samme som den fulgt i eksempel 2. Den oppnådde sementpastaen ble deretter behandlet i overensstemmelse med fremgangsmåten beskrevet i internasjonal patentsøknad W094/25411 (PCT/SE94/00389), se eksempel 7 ovenfor.

Som det tydelig fremgår av tabellen ovenfor har sementpastaen produsert i overensstemmelse med oppfinnelsesfremgangsmåten en større mekanisk styrke og en redusert porøsitet. Vannbehovet er imidlertid omtrent det samme.

Det vil derfor være tydelig at den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en Portland sement med betydelig høyere kjemisk reaktivitet enn den til normal Portland sement, hvilket reflekteres i det faktumet at sementpastaen herder hurtigere ved en gitt styrke og oppnår en signifikant høyere endelig styrke.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor med referanse til forskjellige eksempler og også med referanse til forskjellige utførsler, vil det være klart for en fagperson innenfor teknikken at de fremsatte forholdene relaterende til forbindelsene anvendt kan modifiseres ved hjelp av de passende testene for således å oppnå en sement som har de ønskede egenskapene.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til behandling av sementklinker ved maling av nevnte klinker i en rørformet mølle under tilsetning av vann, gips og eventuelt også et vannreduksjonsmiddel på det samme tidspunkt, karakterisert ved at det under malingen av klinkeren injiseres vann som har en pH på omkring 9-13.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved injisering av vann som er blitt elektrolysert til nevnte pH-verdi.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved tilsetning av et mikrofyllmiddel og/eller et vannreduksjonsmiddel under malefremgangsmåten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved blanding av en del av mikrofyllmidlet og/eller vannreduksjonsmidlet med nevnte vann som har nevnte høye pH-verdi for således å danne en oppslemming og injisering av oppslemmingen sammen med mikrofyllmiddel og/eller vannreduksjonsmiddel i en tørr tilstand inn i møllen under malefremgangsmåten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at faststoff til oppslemmingsforholdet ligger mellom 95 vekt-% : 5 vekt-% til 85 vekt-% : 15 vekt-%.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at væskefasen til oppslemmingen overstiger 50% av vekten av nevnte oppslemming.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2, 3,4, 5 eller 6, karakterisert v e d å fylle møllen med et mikrofyllmiddel i form av SiCtø holdige substanser slik som masovnslagg eller kalkstein i en mengde tilsvarende opptil 80 % av den kombinerte vekten av mikrofyllmiddel, vannreduksjonsmiddel og tilført vann.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2, 3, 4, 5, 6 eller 7, karakterisert vedå fylle møllen med et vannreduksjonsmiddel i form av polymerer slik som lignosulfonatbaserte polymerer som omfatter naftalen eller melamin eller kombinasjoner derav i en mengde tilsvarende 5 % av den kombinerte vekten av mikrofyllmidlet, vannreduksjonsmidlet og det tilførte vannet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved oppslemming av vannreduksjonsmidlet og elektrolyse av oppslemmingen for således å oppnå nevnte pH-verdi før injiseringen av oppslemmingen inn i den rørformede møllen.