PL229864B1

PL229864B1 - Sposób otrzymywania cementu bezskurczowego

Info

Publication number: PL229864B1
Application number: PL401393A
Authority: PL
Inventors: Jan Małolepszy; Jerzy Dyczek; Zofia Konik; Michał Pyzalski
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2018-08-31
Also published as: PL401393A1

Abstract

Wynalazek rozwiazuje problem otrzymania cementu bezskurczowego. Sposób jego otrzymywania polega na tym, ze do cementu portlandzkiego CEM I w ilosci od 76 do 90% wagowych, wprowadza sie cement glinowy, w ilosci od 0 do 6% wagowych zawierajacy fazy glinowe takie jak glinian jednowapniowy - CA i majenit - C12A7 oraz odpadowy popiól lotny nierozfrakcjonowany w ilosci od 8,5 do 24% wagowych lub frakcje o uziarnieniu 0-30 ?m w ilosci od 15 do 24% wagowych lub frakcje o uziarnieniu 30-100 ?m w ilosci od 15 do 24% wagowych, otrzymany przy spalaniu wegla brunatnego i zawierajacy glinosiarczan wapnia (C4A3?), rozpuszczalny anhydryt (CaSO4), reaktywne tlenki takie jak: hematyt (Fe2O3), tlenek glinu (Al2O3) i krzemionke (SiO2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania cementu bezskurczowego, znajdujący zastosowanie w budownictwie specjalnym np. w budowie i naprawie płyt lotniskowych oraz do wszelkich napraw wymagających szybkiego przyrostu wytrzymałości.

Znany sposób otrzymywania cementu bezskurczowego polega na tym, że do cementu portlandzkiego wprowadza się w odpowiedniej proporcji dodatek szybkotwardniejący otrzymany sposobem wg wynalazku PL 204634, który wytwarza się przez zmieszanie zmielonego klinkieru glinowego, zawierającego gliniany wapniowe (CA) i (C12A7) z komponentem anhydrytowo-wapniowym (CaSO4-CaO) o różnej proporcji CaSO4 do CaO, powstałym przez wypalenie w temperaturze 900 do 1180°C mieszaniny gipsu oraz surowca wapiennego w stosunku wymaganym dla odpowiedniego rodzaju dodatku, następnie schłodzenie nie szybciej niż 20°/min. i zmielenie go do pozostałości na sicie 4900 oczek/cm² wynoszącej 10%.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P-341784 znana jest szybkotwardniejąca mieszanka spoiwowa, zawierająca wolny od dodatków siarczanowych hydrauliczny składnik spoiwowy, zwłaszcza zmielony oraz składnik przyspieszający twardnienie, jako regulator wytrzymałości wczesnej i przebiegu powstawania wytrzymałości wczesnej zawiera mieszaninę węglanu sodu i węglanu potasu w stosunku ilościowym ustalonym dla danego zastosowania. Sposób regulowania wytrzymałości wczesnej i przebiegu powstawania wytrzymałości wczesnej mieszanki spoiwowej, zwłaszcza mieszanki spoiwowej według wynalazku, charakteryzuje się tym, że do mieszanki spoiwowej dodaje się mieszaninę przyspieszającą twardnienie mieszanki spoiwowej, złożoną z węglanu sodu i węglanu potasu, przy czym przebieg powstawania wytrzymałości przyspiesza się przez zwiększenie w tej mieszaninie zawartości węglanu potasu względem zawartości węglanu sodu. Z opisu patentowego CN 2219188 znana jest kompozycja cementowa zawierająca popiół lotny poddany uprzednio kontrolowanej obróbce, polegającej na wstępnej hydratacji w wodnym roztworze Ca(OH)2. Popiół lotny poddany wstępnej hydratacji w wodnym roztworze Ca(OH)2, stanowi cenny dodatek do cementu i wykazuje odmienną strukturę i zmianę składu fazowego w porównaniu do popiołu wyjściowego, co wpływa korzystnie na wytrzymałość zaprawy i betonu i dynamikę jej narastania z upływem czasu.

Z polskiego opisu patentowego PL209288 znane jest zastosowanie popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego, zawierających ponad 60% frakcji o uziarnieniu poniżej 30 pm w ilości 1 do 40% wagowych, do wytwarzania betonów i zapraw.

Ze zgłoszenia P-333092 znany jest cement o podwyższonej wytrzymałości początkowej i zwiększonej odporności na korozję, który składa się z 50-95% wagowych klinkieru portlandzkiego, 1-50% wagowych popiołów siarczano-wapniowych z kotłów fluidalnych oraz ewentualnie regulatora czasu wiązania w ilości 0-5% wagowych i innych dodatków modyfikujących w ilości 0-20% wagowych.

Ze zgłoszenia P-357459 znany jest sposób wytwarzania spoiw mieszanych na bazie popiołów lotnych, który charakteryzuje się tym, że zaktywowany mechanicznie popiół lotny konwencjonalny zwany Megapar A w ilości 65-80% wagowych miesza się z cementem portlandzkim w ilości 10-25% wagowych oraz wapnem palonym lub hydratyzowanym w ilości 3-12% wagowych i powstałą mieszankę poddaje się mieleniu w młynie wibracyjnym aż do całkowitego zhomogenizowania.

Przedstawione cementy są cementami w skład których wchodzą popioły lotne ale nie są cementami bezskurczowymi.

Istota wynalazku polega na tym, że do cementu portlandzkiego CEM I w ilości od 76 do 90% wagowych, wprowadza się cement glinowy, korzystnie marki „Górkal -40” w ilości od 0 do 6% wagowych, zawierający fazy glinowe takie jak glinian jednowapniowy - CA i majenit - C12A7 oraz odpadowy popiół lotny nierozfrakcjonowany w ilości od 8,5 do 24% wagowych lub frakcję o uziarn ieniu 0-30 pm w ilości od 15 do 24% wagowych lub frakcję o uziarnieniu 30-100 pm w ilości od 15 do 24% wagowych, otrzymany przy spalaniu węgla brunatnego i zawierający glinosiarczan wapnia (C 4A3S), rozpuszczalny anhydryt (CaSO4), reaktywne tlenki takie jak: hematyt (Fe2O3), tlenek glinu (ALO3) i krzemionkę (SiO2).

Dzięki temu w procesie hydratacji powstają ettryngity glinowy (C3A-3CaSO4-32H2O) i żelazisty (C3F-3CaSO4-32H2O) zapewniające kontrolowaną ekspansję. Powstają również uwodnione gliniany wapnia i uwodnione krzemiany wapnia, które w procesie hydratacji zapewniają korzystne wytrzymałości końcowe.

Sposób według wynalazku pozwala na otrzymanie cementu bezskurczowego dzięki mechanizmowi powstawania ettringitu C3A-3CaSO4-32H2O. Największe znaczenie w powstawaniu tej fazy mają

PL 229 864 Β1 dwa bezwodne związki CA oraz C4A3Ś oraz uwodnione gliniany wapnia, które stanowią mieszaninę glinianów heksagonalnych C2AH8 oraz regularnego C3AH6. Hydraty powstają w procesie uwadniania cementu glinowego. Cement bezskurczowy otrzymujemy dzięki kontrolowanej reakcji powstawania ettrygitu w pierwszych trzech dniach trwania procesu hydratacji. Proces kontrolowanej ekspansji zależy przede wszystkim od ilościowego składu reagentów w układzie CaO-Al2O3-Fe2O3-CaSO₄-H2O.

Przykład 1

W celu otrzymania cementu bezskurczowego o wysokiej wytrzymałości początkowej zmieszano cement portlandzki o klasie wytrzymałości 42,5 R w ilości 80% wagowych z frakcją ziarnową 30-100 μπι odpadowego popiołu lotnego otrzymanego przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów”, stanowiącą 23% wagowych odpadowego popiołu - w ilości 16% wagowych oraz z cementem glinowym marki „Górkal-40” w ilości 4% wagowych.

W procesie hydratacji cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R z frakcją 30-100 μπι odpadowego popiołu lotnego i cementem glinowym markiGórkal-40 w pierwszych godzinach powstają drobnoziarniste ettryngity glinowy i żelazisty oraz uwodnione gliniany wapnia oraz uwodnione krzemiany wapnia.

Do przeprowadzenia badań sporządzono zaprawę, w której stosunek cementu do piasku normowego wynosił 1: 2,75 a W/C wynosi 0,45.

Próbki przetrzymywano w nasyconym wodnym roztworze Ca(OH)2

Otrzymany cement charakteryzuje się wyższą wytrzymałością naściskanie w stosunku do cementu nie dotowanego popiołem lotnym otrzymanym przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów”.

Wyniki badań wytrzymałości na ściskanie i zmiany liniowe zapraw wykonanych z użyciem cementu wg wynalazku i cementu „Górażdże” 42,5R podano w poniższej tabeli.

Wytrzymałość na ściskanie w MPa	Zmiany liniowe w mm/m
Dni	1	3	7	28	90	1	3	7	28	90
Cement bezskurczowy	14,7	31,2	37,3	47,0	58,7	0,04	0,05	0,07	0,12	0,17
Cement Górażdże 42,5 R	9,5	28,1	41,4	50,8	64,3	0,00	-0,02	-0,04	-0,04	-0,07

Przykład 2

W celu otrzymania cementu bezs kurczowego o wysokiej wytrzymałości początkowej zmieszano cement portlandzki o klasie wytrzymałości 42,5 R w ilości 90% wagowych odpadowego nierozfrakcjonowanego popiołu lotnego otrzymanego przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów” w ilości 8,5% wagowych oraz z cementem glinowym marki Górkal-40 w ilości 1,5% wagowych.

W procesie hydratacji cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R z odpadowym popiołem lotnym i cementem glinowym marki Górkal-40 w pierwszych godzinach powstają drobnoziarniste ettryngity glinowy i żelazisty oraz uwodnione gliniany wapnia i uwodnione krzemiany wapnia.

Próbki przetrzymywano w nasyconym wodnym roztworze Ca(OH)2.

PL 229 864 Β1

Wytrzymałość na ściskanie w MPa	Zmiany liniowe w mm/m
Dni	1	3	7	28	90	1	3	7	28	90
Cement bezskurczowy	16,1	32,6	41,8	52,8	65,1	0,02	0,03	0,06	0,06	0,16
Cement Górażdże 42,6 R	9,5	28,1	41,4	50,8	64,3	0,00	-0,02	-0,04	-0,04	-0,07

Przykład 3

Do cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R w ilości 80% wagowych dodano frakcję ziarnową 0-30 μπι odpadowego popiołu lotnego otrzymanego przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów” stanowiącą 39% wagowych odpadowego popiołu lotnego - w ilości 16% wagowych oraz z cementem glinowym marki Górkal-40 w ilości 4% wagowych.

W procesie hydratacji cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R z frakcją 0-30 μίτι odpadowego popiołu lotnego i cementem glinowym marki Górkal-40 w pierwszych godzinach powstają drobnoziarniste ettryngity glinowy i żelazisty oraz uwodnione gliniany wapnia oraz uwodnione krzemiany wapnia.

Próbki przetrzymywano w nasyconym wodnym roztworze Ca(OH)2.

Otrzymany cement charakteryzuje się wyższą wytrzymałością naściskanie w stosunku do cementu nie dotowanego popiołem lotnym otrzymanym przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów „

Wytrzymałość na ściskanie w MPa	Zmiany liniowe w mm/m
Dni	1	3	7	28	90	1	3	7	28	90
Cement bezskurczowy	20,2	38,4	47,7	56,9	70,1	0,04	0,14	0,14	0,19	0,26
Cement Górażdże 42,5 R	9,5	28,1	41,4	50,8	64,3	0,00	-0,02	-0,04	-0,04	-0,07

Przykład 4

Do cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R w ilości 85% wagowych dodano frakcję ziarnową 0-30 μίτι odpadowego popiołu lotnego otrzymanego przy spalaniu węgla brunatnego z elektrowni „Pątnów” stanowiącą 39% wagowych odpadowego popiołu lotnego - w ilości 15% wagowych. W procesie hydratacji cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5R z frakcją 0-30 μίτι odpadowego popiołu lotnego w pierwszych godzinach powstają drobnoziarniste ettryngity glinowy i żelazisty oraz uwodnione gliniany wapnia oraz uwodnione krzemiany wapnia.

Próbki przetrzymywano w nasyconym wodnym roztworze Ca(OH)2.

PL 229 864 Β1

Wytrzymałość na ściskanie w MPa	Zmiany liniowe w mm/m
Dni	1	3	7	28	90	1	3	7	28	90
Cement bezskurczowy	11,7	30,0	42,1	52,5	69,1	0,07	0,006	0,14	0,14	0,18
Cement Górażdże 42,5 R	9,5	28,1	41,4	50,8	64,3	0,00	-0,02	-0,04	-0,04	-0,07

Zastrzeżenie patentowe

Claims

1. Sposób otrzymywania cementu bezskurczowego z udziałem cementu portlandzkiego, popiołów lotnych, znamienny tym, że do cementu portlandzkiego CEM I w ilości od 76 do 90% wagowych, wprowadza się cement glinowy, korzystnie marki „Górkal-40” w ilości od 0 do 6% wagowych zawierający fazy glinowe takie jak glinian jednowapniowy - CA i majenit - C12A7 oraz odpadowy popiół lotny nierozfrakcjonowany w ilości od 8,5 do 24% wagowych lub frakcję o uziarnieniu 0-30 μπι w ilości od 15 do 24% wagowych lub frakcję o uziarnieniu 30-100 μπι w ilości od 15 do 24% wagowych, otrzymany przy spalaniu węgla brunatnego i zawierający glinosiarczan wapnia (C4A3Ś), rozpuszczalny anhydryt (CaSO4), reaktywne tlenki takie jak: hematyt (Fe2O3), tlenek glinu (AI2O3) i krzemionkę (SiO2).