RU2802732C2 - Nanomodified cement of low water demand - Google Patents

Nanomodified cement of low water demand Download PDF

Info

Publication number
RU2802732C2
RU2802732C2 RU2021128085A RU2021128085A RU2802732C2 RU 2802732 C2 RU2802732 C2 RU 2802732C2 RU 2021128085 A RU2021128085 A RU 2021128085A RU 2021128085 A RU2021128085 A RU 2021128085A RU 2802732 C2 RU2802732 C2 RU 2802732C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
portland cement
superplasticizer
barite
silica filler
Prior art date
Application number
RU2021128085A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021128085A (en
Inventor
Максим Хусенович Баков
Original Assignee
Максим Хусенович Баков
Filing date
Publication date
Application filed by Максим Хусенович Баков filed Critical Максим Хусенович Баков
Priority to PCT/RU2022/000291 priority Critical patent/WO2023048595A1/en
Publication of RU2021128085A publication Critical patent/RU2021128085A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2802732C2 publication Critical patent/RU2802732C2/en

Links

Abstract

FIELD: hydraulic binders; cements.
SUBSTANCE: nanomodified cement with low water demand includes Portland cement or its mixture with a mineral silica filler taken from the group: granulated blast-furnace slag, fly ash, volcanic ash, pumice, tuff, quartz sand, feldspar sand, screenings from granite crushing, ore dressing tailings, cullet, brick battle, expanded clay or glass expanded clay dust; barite; organic water-reducing agent - a superplasticizer taken from the group: alkali and/or alkaline earth metal salts of the condensation product of naphthalenesulfonic acid with formaldehyde or condensation product of melamine-containing resins with formaldehyde or complex salts of alkaline earth metals and sulphuric and/or nitric and/or formic and/or acetic acids and low molecular weight saccharides with 3-5 carbon atoms; with the following ratio of components, pts. wt.: Portland cement 50-100; mineral silica filler 0-50; barite 0.5-20 by weight of Portland cement; superplasticizer in terms of dry matter 0.3-3.0. The method for producing nanomodified cement with low water demand consists in joint grinding of Portland cement or its mixture with mineral silica filler, barite and superplasticizer, preliminary grinding is carried out: Portland cement in an amount of 0.5-50% of its total mass, barite all the required quantity and superplasticizer 0.1 -10% of its total mass, after half an hour of grinding, the remaining components are added, including, if necessary, a mineral silica filler, and grinding is carried out to a specific surface of 450-700 m2/kg.
EFFECT: nanomodified cement with low water demand.
2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии строительных материалов преимущественно к получению гидравлических вяжущих, а именно цементов.The invention relates to the technology of building materials, mainly to the production of hydraulic binders, namely cements.

Из уровня технологических достижений известен способ изготовления цемента пониженной водопотребности путем совместного помола портландцемента (ПЦ), минерального наполнителя и органического водопонижающего реагента, где в качестве минерального наполнителя используют карбоносодержащий материал с долей карбоната кальция не менее 60 мас. % до удельной поверхности 400-700 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 50-70, карбонат-содержащий материал 40-50, органический водопонижающий реагент суперпластификатор 0.3-3.0 сверх 100%. [1] К основным недостаткам этого технического решения относятся повышенная водопотребность, а также низкая прочность получаемого цементного камня.From the level of technological achievements, a method for producing cement with reduced water demand is known by joint grinding of Portland cement (PC), a mineral filler and an organic water-reducing reagent, where a carbon-containing material with a proportion of calcium carbonate of at least 60 wt. is used as a mineral filler. % up to a specific surface of 400-700 m 2 /kg with the following ratio of components, wt. %: Portland cement 50-70, carbonate-containing material 40-50, organic water-reducing reagent superplasticizer 0.3-3.0 over 100%. [1] The main disadvantages of this technical solution include increased water demand, as well as the low strength of the resulting cement stone.

Патентные источникиPatent sources

1. Патент RU №2373163 С1, 15.05.2008, С04В 7/00, 7/521. Patent RU No. 2373163 C1, 05.15.2008, C04B 7/00, 7/52

2. Патент RU №2656270 С1, 17.04.2017, С04В 7/52, 7/13.2. Patent RU No. 2656270 C1, 04/17/2017, C04B 7/52, 7/13.

Эти недостатки в меньшей степени свойственны известному способу (прототип) изготовления вяжущего низкой водопотребности из следующих компонентов, масс. частей: портландцемента 50-100, минерального наполнителя 0-50, суперпластификатора в пересчете на сухое вещество 0.3-3.0, кремнеземистого модификатора 0.000004-0.0001 в пересчете на кремнезем, путем совместного измельчения портландцемента или его смеси с минеральным наполнителем и суперпластификатора, отличающийся тем, что дополнительно используют кремнеземистый наномодификатор, предварительно готовят сухую смесь тщательным перемешиванием портландцемента или его смеси с минеральным наполнителем, взятого в количестве 0.5-5% от общей массы, 0.1-5% порошка суперпластификатора от общей его массы и наномодификатора или готовят раствор смеси тщательным перемешиванием портландцемента или его смеси с минеральным наполнителем, взятого в количестве 0.5-5% от общей его массы, всего раствора суперпластификатора и наномодификатора, затем подготовленную сухую смесь совмещают с остальной частью портландцемента или его смеси с минеральным наполнителем и остальным суперпластификатором или указанный приготовленный раствор смешивают с остальной частью портландцемента или его смеси с минеральным наполнителем и проводят окончательное их измельчение до получения цемента низкой водопотребности (ЦНВ) до удельной поверхности 5500-7500 см2/г. [2] Однако при изготовлении указанных цементов основным недостатком составов и, следовательно, способа их приготовления являются сравнительно невысокие прочностные показатели цемента наномодифицированного (ЦНМ).These disadvantages are to a lesser extent characteristic of the known method (prototype) for producing a low-water-demand binder from the following components, mass. parts: Portland cement 50-100, mineral filler 0-50, superplasticizer in terms of dry matter 0.3-3.0, silica modifier 0.000004-0.0001 in terms of silica, by joint grinding of Portland cement or its mixture with a mineral filler and superplasticizer, characterized in that Additionally, a siliceous nanomodifier is used, a dry mixture is first prepared by thoroughly mixing Portland cement or its mixture with a mineral filler, taken in an amount of 0.5-5% of the total mass, 0.1-5% of superplasticizer powder of its total mass and nanomodifier, or a solution of the mixture is prepared by thoroughly mixing Portland cement or its mixture with a mineral filler, taken in an amount of 0.5-5% of its total mass, the entire solution of superplasticizer and nanomodifier, then the prepared dry mixture is combined with the rest of the Portland cement or its mixture with a mineral filler and the rest of the superplasticizer, or the specified prepared solution is mixed with the rest Portland cement or its mixture with a mineral filler and their final grinding is carried out to obtain cement of low water demand (LCW) to a specific surface of 5500-7500 cm 2 /g. [2] However, in the production of these cements, the main disadvantage of the compositions and, consequently, the method of their preparation is the relatively low strength properties of nanomodified cement (CNM).

Задачей изобретения является повышение прочности получаемого цементного камня и, следовательно, повышение прочности бетонов и растворов на основе ЦНМ.The objective of the invention is to increase the strength of the resulting cement stone and, consequently, to increase the strength of concrete and mortars based on CNM.

Техническим результатом при введении барита является снижение водопотребности цементной матрицы и образование более прочного цементного камня за счет сульфат-ионов бария.The technical result of the introduction of barite is a reduction in the water demand of the cement matrix and the formation of a more durable cement stone due to barium sulfate ions.

Задача решается составом цемента низкой водопотребности, содержащего, как и в прототипе, портландцемент и суперпластификатор, в отличие от прототипа ЦНВ в соответствии с изобретением вместо кремнеземистого наномодификатора дополнительно содержит барит, при следующем соотношении компонентов, масс. частей: портландцемент 100; суперпластификатор 0.3-3.0; барит 0-20 вместо такой же части портландцемента, а при производстве композиционного ЦНМ (с применением кремнеземистого наполнителя, взятого из группы: гранулированный доменный шлак, зола-унос, хвосты обогащения руд, стеклобой, вулканический пепел, пемза, туф, кварцевый песок, полевошпатный песок, высевки от дробления гранита, кирпичный бой, керамзитовая или стеклокерамзитовая пыль и др.) от 0 до 50 масс. частей, вместо такой же части портландцемента.The problem is solved by the composition of cement with low water demand, containing, as in the prototype, Portland cement and a superplasticizer, in contrast to the prototype TsNV in accordance with the invention, instead of a siliceous nanomodifier, it additionally contains barite, with the following ratio of components, mass. parts: Portland cement 100; superplasticizer 0.3-3.0; barite 0-20 instead of the same part of Portland cement, and in the production of composite CNM (using silica filler taken from the group: granulated blast furnace slag, fly ash, ore tailings, cullet, volcanic ash, pumice, tuff, quartz sand, feldspar sand, grains from granite crushing, broken bricks, expanded clay or glass expanded clay dust, etc.) from 0 to 50 wt. parts, instead of the same part of Portland cement.

Задача решается также способом получения ЦНМ, при котором проводится в начале совместное измельчение части портландцемента с баритом и суперпластификатором, и затем, после получасового помола, оставшееся количество ПЦ и суперпластификатора, а также, при необходимости минерального кремнеземистого наполнителя и проводят окончательное измельчение до 450-700 м2/кг.The problem is also solved by the method of obtaining CNM, in which at the beginning a joint grinding of a part of Portland cement with barite and a superplasticizer is carried out, and then, after half an hour of grinding, the remaining amount of PC and superplasticizer, as well as, if necessary, a mineral siliceous filler is carried out and the final grinding is carried out to 450-700 m 2 /kg.

В зависимости от товарной формы суперпластификатора возможно его применение в виде порошка или раствора с концентрацией 20-40%.Depending on the commercial form of the superplasticizer, it can be used in the form of a powder or solution with a concentration of 20-40%.

Для приготовления ЦНМ низкой водопотребности использовали:To prepare low water demand CNM we used:

- Портландцемент марки ЦЕМ I 42.5Н производства ООО «Евроцемент» по ГОСТ 31108-2016- Portland cement grade CEM I 42.5N produced by Eurocement LLC in accordance with GOST 31108-2016

- Кварцевый песок по ГОСТ 8736-2014 с наибольшей крупностью 1.2 мм- Quartz sand according to GOST 8736-2014 with the largest particle size 1.2 mm

- Шлак доменный гранулированный Новолипецкого металлургического комбината коэффициент качества -1,69 первого сорта по ГОСТ 3476-2019- Granulated blast furnace slag of the Novolipetsk Metallurgical Plant, quality factor -1.69, first grade according to GOST 3476-2019

- Баритовый концентрат КБ-5, содержание сернокислого бария 86%, истинная плотность 4200 кг/м3 по ГОСТ 4682-84- Barite concentrate KB-5, barium sulfate content 86%, true density 4200 kg/m 3 according to GOST 4682-84

- Органический водопонижающий реагент суперпластификатор (порошок) на основе нафталинсульфоновой кислоты «СП-1» по ТУ 5870-002-58042865-03 (с изменениями 1, ООО «Полипласт»)- Organic water-reducing reagent superplasticizer (powder) based on naphthalene sulfonic acid “SP-1” according to TU 5870-002-58042865-03 (as amended 1, Poliplast LLC)

- Синтетический кремнеземистый продукт - кремнезоль «Лэйксил 20-ХС» (ООО НТЦ «Компас») с размером частиц менее 100 нм- Synthetic siliceous product - silica sol "Leixil 20-HS" (STC Compass LLC) with a particle size of less than 100 nm

- Минеральный кремнеземистый наполнитель (гранулированный доменный шлак, зола-унос, вулканический пепел, пемза, туф, кварцевый песок, полевошпатный песок, высевки от дробления гранита, хвосты обогащения руд, стеклобой, кирпичный бой, керамзитовая или стеклокерамзитовая пыль и др.) используется при 1-2% влажности.- Mineral siliceous filler (granulated blast furnace slag, fly ash, volcanic ash, pumice, tuff, quartz sand, feldspathic sand, grains from granite crushing, ore tailings, glass waste, brick waste, expanded clay or glass expanded clay dust, etc.) is used for 1-2% humidity.

ЦНМ низкой водопотребности получали следующим образом:Low water demand CNM was obtained as follows:

В случае использования порошкообразного суперпластификатора вначале производится совместный помол портландцемента (0.5-50% общей массы), суперпластификатора (0.1-10% от общей массы) и весь требуемый расход барита. После получасового помола добавляют оставшиеся компоненты (в том числе и при необходимости минеральный кремнеземистый наполнитель) и производят помол до удельной поверхности 450-700 м2/кг.In the case of using a powdered superplasticizer, first the joint grinding of Portland cement (0.5-50% of the total mass), superplasticizer (0.1-10% of the total mass) and the entire required barite consumption are carried out. After half an hour of grinding, add the remaining components (including, if necessary, mineral silica filler) and grind to a specific surface area of 450-700 m 2 /kg.

В случае использования жидкого суперпластификатора тщательно перемешивается барит с концентрированным раствором всего суперпластификатора. Затем вводится портландцемент и после получасового перемешивания при необходимости - минеральный кремнеземистый наполнитель, и производят помол до удельной поверхности 450-700 м2/кг.If a liquid superplasticizer is used, the barite is thoroughly mixed with a concentrated solution of the entire superplasticizer. Then Portland cement is introduced and, after half an hour of mixing, if necessary, a mineral siliceous filler is added, and grinding is carried out to a specific surface of 450-700 m 2 /kg.

После приготовления ЦНМ были проведены испытания (см. Таблицу 1). Удельную плотность определяли на приборе ПСХ-12, прочность при изгибе и сжатии - по ГОСТ 310.4.After preparing the CNM, tests were carried out (see Table 1). Specific density was determined using a PSH-12 device, bending and compressive strength - according to GOST 310.4.

Сроки схватывания определяли по ГОСТ 310.3, водоцементное отношение, расплыв конуса, активность через 1 сутки нормального твердения, активность после пропаривания, активность через 28 суток нормального твердения - по ГОСТ 310.4. Марка цемента определялась по ГОСТ 10178.Setting times were determined according to GOST 310.3, water-cement ratio, cone spreading, activity after 1 day of normal hardening, activity after steaming, activity after 28 days of normal hardening - according to GOST 310.4. The grade of cement was determined according to GOST 10178.

Результаты проведенных испытаний (Таблица 1) подтверждают повышение истинной плотности цемента, снижение водопотребности и повышение прочности получаемого цементного камня и цементно-песчаного раствора. Такой результат связан с улучшением характеристик ЦНМ за счет повышения механохимического эффекта при использовании барита. Установлено, что соединения сульфата бария являются активаторами твердения ПЦ, что объясняется ускорением гидратации минералов портландцемента. С помощью рентгенофазового анализа определено, что в присутствии BaSO4 уменьшаются остаточные отражения трехкальциевого силиката и эттрингита, но увеличиваются отражения гидросиликата кальция. Аналогичное, но менее значительное влияние оказывает добавка оксида бария. Такое влияние объясняется понижением рН воды затворения с 12.26 до 11.97 в присутствии ВаО и до 11.75 с BaSO4, что способствует ускорению гидратации.The results of the tests (Table 1) confirm an increase in the true density of cement, a decrease in water demand and an increase in the strength of the resulting cement stone and cement-sand mortar. This result is associated with an improvement in the characteristics of CNM due to an increase in the mechanochemical effect when using barite. It has been established that barium sulfate compounds are activators of PC hardening, which is explained by the acceleration of the hydration of Portland cement minerals. Using X-ray phase analysis, it was determined that in the presence of BaSO 4 the residual reflections of tricalcium silicate and ettringite decrease, but the reflections of calcium hydrosilicate increase. The addition of barium oxide has a similar, but less significant effect. This effect is explained by a decrease in the pH of the mixing water from 12.26 to 11.97 in the presence of BaO and to 11.75 with BaSO 4 , which accelerates hydration.

Впервые определено влияние сульфата бария на стабильность и прочностные показатели отдельных клинкерных фаз. Установлено, что максимальное положительное влияние на прочность цемента оказывает сульфат бария за счет образования повышенной доли гидросиликатов кальция. Это обеспечивает прирост прочности цементного камня.For the first time, the influence of barium sulfate on the stability and strength properties of individual clinker phases was determined. It has been established that barium sulfate has the maximum positive effect on the strength of cement due to the formation of an increased proportion of calcium hydrosilicates. This provides an increase in the strength of cement stone.

Claims (2)

1. Цемент наномодифицированный – ЦНМ низкой водопотребности, включающий портландцемент или его смесь с минеральным кремнеземистым наполнителем, взятым из группы: гранулированный доменный шлак, зола-унос, вулканический пепел, пемза, туф, кварцевый песок, полевошпатный песок, высевки от дробления гранита, хвосты обогащения руд, стеклобой, кирпичный бой, керамзитовая или стеклокерамзитовая пыль; барит; органический водопонижающий реагент – суперпластификатор, взятый из группы: соли щелочных и/или щелочноземельных металлов продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом или продукта конденсации меламиносодержащих смол с формальдегидом или комплексные соли щелочноземельных металлов и серной, и/или азотной, и/или муравьиной, и/или уксусной кислот и низкомолекулярных сахаридов с числом атомов углерода 3-5; при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: портландцемент 50-100; минеральный кремнеземистый наполнитель 0-50; барит 0,5-20 от массы портландцемента; суперпластификатор в пересчете на сухое вещество 0,3-3,0.1. Nanomodified cement - CNM of low water demand, including Portland cement or its mixture with a mineral silica filler taken from the group: granulated blast furnace slag, fly ash, volcanic ash, pumice, tuff, quartz sand, feldspathic sand, screenings from granite crushing, tailings ore dressing, cullet, brick scrap, expanded clay or glass expanded clay dust; barite; organic water-reducing reagent - superplasticizer taken from the group: salts of alkali and/or alkaline earth metals of the condensation product of naphthalene sulfonic acid with formaldehyde or the condensation product of melamine-containing resins with formaldehyde or complex salts of alkaline earth metals and sulfuric, and/or nitric, and/or formic, and/or acetic acids and low molecular weight saccharides with the number of carbon atoms 3-5; with the following ratio of components, wt. parts: Portland cement 50-100; mineral silica filler 0-50; barite 0.5-20 by weight of Portland cement; superplasticizer in terms of dry matter 0.3-3.0. 2. Способ получения цемента наномодифицированного низкой водопотребности по п.1, получаемого путем совместного измельчения портландцемента или его смеси с минеральным кремнеземистым наполнителем, баритом и суперпластификатором, предварительно осуществляют помол: портландцемента в количестве 0,5-50% от общей его массы, барита весь требуемый расход и суперпластификатора 0,1-10% от общей его массы, после получасового помола добавляют оставшиеся компоненты, в том числе и при необходимости минеральный кремнеземистый наполнитель, и производят помол до удельной поверхности 450-700 м2/кг.2. The method for producing nanomodified cement with low water demand according to claim 1, obtained by joint grinding of Portland cement or its mixture with a mineral silica filler, barite and superplasticizer, pre-grinding: Portland cement in the amount of 0.5-50% of its total mass, all barite the required consumption of superplasticizer is 0.1-10% of its total mass, after half an hour of grinding, add the remaining components, including, if necessary, a mineral silica filler, and grind to a specific surface of 450-700 m 2 /kg.
RU2021128085A 2021-09-24 2021-09-24 Nanomodified cement of low water demand RU2802732C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2022/000291 WO2023048595A1 (en) 2021-09-24 2022-09-26 Nano-modified cement with low water demand

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021128085A RU2021128085A (en) 2023-03-24
RU2802732C2 true RU2802732C2 (en) 2023-08-31

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD136496A1 (en) * 1978-05-09 1979-07-11 Reinhard Reich PROCESS FOR PRODUCING BARIUM CEMENT
RU2207995C2 (en) * 2001-06-21 2003-07-10 Юдович Борис Эммануилович Method of manufacturing low water-demand cement
RU2213070C1 (en) * 2002-03-22 2003-09-27 Юдович Борис Эммануилович Cement raw meal, method of manufacturing portland cement with lowered shrinkage from portland cement clinker obtained by fire caking of indicated raw meal and a method for manufacturing cementing material suitable to repair concrete and to strengthen grounds being fine fraction of indicated portland cement
RU2379240C1 (en) * 2008-05-15 2010-01-20 Сибгатуллин Ильгизар Раифович Cement of low water demand and method of making thereof
RU2656270C1 (en) * 2017-04-17 2018-06-04 Вадим Григорьевич Хозин Low water demand cement and method of its manufacturing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD136496A1 (en) * 1978-05-09 1979-07-11 Reinhard Reich PROCESS FOR PRODUCING BARIUM CEMENT
RU2207995C2 (en) * 2001-06-21 2003-07-10 Юдович Борис Эммануилович Method of manufacturing low water-demand cement
RU2213070C1 (en) * 2002-03-22 2003-09-27 Юдович Борис Эммануилович Cement raw meal, method of manufacturing portland cement with lowered shrinkage from portland cement clinker obtained by fire caking of indicated raw meal and a method for manufacturing cementing material suitable to repair concrete and to strengthen grounds being fine fraction of indicated portland cement
RU2379240C1 (en) * 2008-05-15 2010-01-20 Сибгатуллин Ильгизар Раифович Cement of low water demand and method of making thereof
RU2656270C1 (en) * 2017-04-17 2018-06-04 Вадим Григорьевич Хозин Low water demand cement and method of its manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rakhimova et al. Influence of limestone content, fineness, and composition on the properties and microstructure of alkali-activated slag cement
Mikhailova et al. Effect of dolomite limestone powder on the compressive strength of concrete
JP5453440B2 (en) Pozzolanic cement blend with high early strength development
AU2018364382B2 (en) Enhancing calcined clay use with inorganic binders
CA3059011A1 (en) Composite cement and method of manufacturing composite cement
ITMI982118A1 (en) IMPROVED PROCESSING ADDITIVES FOR HYDRAULIC CEMENTS.
US4012264A (en) Early strength cements
AU2017436163A1 (en) Methods for producing a cement composition
WO2008128287A1 (en) Binding composition
RU2029749C1 (en) Method to produce binder of low water consumption
RU2656270C1 (en) Low water demand cement and method of its manufacturing
RU2802732C2 (en) Nanomodified cement of low water demand
JP2000281399A (en) Cement clinker and cement composition
RU2379240C1 (en) Cement of low water demand and method of making thereof
RU2431623C1 (en) Complex additive for portland cement
JP2000344555A (en) Cement clinker and cement composition
AU2017436546A1 (en) Methods for producing a low CO2 cement composition
WO2020203490A1 (en) Cement composition and method for producing cement composition
JPH11199285A (en) Quick-hardening material and its production
WO2023048595A1 (en) Nano-modified cement with low water demand
CN113277755A (en) Slag-based fine tail cementing material
RU2490233C2 (en) Raw material for masonry mortar and method of its production
RU2729763C1 (en) Heavy diopside concrete with high strength
RU2308429C1 (en) Complex additive for concrete mixes and mortars
JP2001278653A (en) Ultrahigh strength concrete