RU2811125C1 - Composite binder based on technogenic waste - Google Patents
Composite binder based on technogenic waste Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811125C1 RU2811125C1 RU2023118425A RU2023118425A RU2811125C1 RU 2811125 C1 RU2811125 C1 RU 2811125C1 RU 2023118425 A RU2023118425 A RU 2023118425A RU 2023118425 A RU2023118425 A RU 2023118425A RU 2811125 C1 RU2811125 C1 RU 2811125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- technogenic
- portland cement
- cement clinker
- binder based
- Prior art date
Links
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 3
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N manganese(III) oxide Inorganic materials O=[Mn]O[Mn]=O GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности.The invention relates to binding materials that can be used in the cement and construction industries.
Известны вяжущие материалы, включающие различные техногенные отходы промышленности, недостатком которых являются относительно низкое качество конечного продукта [«Вяжущее», патент РФ № 1031934 C04B7/35, опубл. 30.07.1983].Known binding materials include various man-made industrial wastes, the disadvantage of which is the relatively low quality of the final product ["Binder", RF patent No. 1031934 C04B7/35, publ. 07/30/1983].
Наиболее близким по технической сущности принятым за прототип является вяжущий материал – цемент [«Цемент», патент РФ №2119897 C04B 7/04(2006.01), C04B 28/04, опубл. 10.10.1998], включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30 - 70, ангидрит 30 - 70, причем сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1 - 4 мас.% в пересчете на SO3.The closest in technical essence adopted for the prototype is the binding material - cement ["Cement", RF patent No. 2119897 C04B 7/04 (2006.01), C04B 28/04, publ. 10.10.1998], including Portland cement clinker and a sulfate component consisting of gypsum stone and anhydrite at the ratio, wt.%: gypsum stone 30 - 70, anhydrite 30 - 70, and the sulfate component contains as anhydrite a waste from the production of aluminum fluoride - acid fluoride, and the total content of the sulfate component in cement is 1 - 4 wt.% in terms of SO 3 .
Недостаткомданного вяжущего материалаявляется его низкое качество.The disadvantage of this binder material is its low quality.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества вяжущего на основе техногенных отходов.The technical result of the proposed invention is to improve the quality of the binder based on technogenic waste.
Это достигается тем, что композиционное вяжущее на основе техногенных отходов включает портландцементный клинкер и техногенные отходы, и отличается тем, что в качестве техногенного отхода вводят смесь отходов ванадиевого производства и золошлаковые отходы при соотношении 2:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см2/ г, при следующих массовом соотношении, %: портландцементный клинкер – 84-86 мас. %; техногенные отходы 14-16 мас. %.This is achieved by the fact that the composite binder based on technogenic waste includes Portland cement clinker and technogenic waste, and is characterized by the fact that a mixture of vanadium production waste and ash and slag waste is introduced as technogenic waste at a ratio of 2:1 and the dispersion of each component is 6400 cm 2 / g, at the following mass ratio, %: Portland cement clinker – 84-86 wt. %; technogenic waste 14-16 wt. %.
Предложенный композиционный вяжущий материал отличатся от прототипа тем, что вместо сульфатного компонента вводят смесь отхода ванадиевого производства и золошлаковые отходы дисперсностью каждый 6400 см2/г в соотношении 2:1.The proposed composite binder material differs from the prototype in that instead of the sulfate component, a mixture of vanadium production waste and ash and slag waste with a dispersity of each 6400 cm 2 /g is introduced in a 2:1 ratio.
В процессе совместного помола происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства и частиц золошлаковых отходов с частицами портландцементного клинкера, что приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую. Механоактивированные частицы золошлаковых отходов имеют в своем составе значительное количество стеклофазы, которая играет положительную роль при зародыше образовании центров кристаллизации при затворении портландцемента и обеспечивают высокие прочностные показатели конечного продукта. Совместное использование отхода ванадиевого производства и золошлаковых отходов в количестве 14-16 мас.% приводит к существенному повышению прочности.During the joint grinding process, mechanical activation of vanadium production waste particles and ash and slag waste particles with Portland cement clinker particles occurs, which leads to the occurrence of solid-phase reactions due to an increase in the surface and internal energy of all particles and a shift of the limiting stage from the diffusion region to the kinetic one. Mechanically activated particles of ash and slag waste contain a significant amount of glass phase, which plays a positive role in the nucleation of crystallization centers during the mixing of Portland cement and provides high strength properties of the final product. The combined use of vanadium production waste and ash and slag waste in an amount of 14-16 wt.% leads to a significant increase in strength.
Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 1.The optimal ratios of the components of binder materials, obtained experimentally, are presented in Table 1.
Таблица 1Table 1
86,0
84,0
82,088.0
86.0
84.0
82.0
14,0
16,0
18,012.0
14.0
16.0
18.0
42,4
45,1
43,239.8
42.4
45.1
43.2
86,0*
84,0*
82,088.0
86.0*
84.0*
82.0
14,0*
16,0*
18,012.0
14.0*
16.0*
18.0
55,9*
57,3*
52,450.8
55.9*
57.3*
52.4
86,0
84,0
82,088.0
86.0
84.0
82.0
14,0
16,0
18,012.0
14.0
16.0
18.0
40,2
42,0
39,238.8
40.2
42.0
39.2
* - оптимальный вариант* - optimal option
В качестве исходного материала брали, например, портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см2/г следующего химического состава (таблица 2).The starting material was, for example, Portland cement clinker produced by Srebryakovcement OJSC, grade CEM II/A 42.5N (GOST 31108-2016) with a specific surface area of 3200 cm 2 /g of the following chemical composition (Table 2).
Таблица 2table 2
Химический состав портландцементаChemical composition of Portland cement
Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 3 [Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства / Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 7. С. 43–50.].The chemical composition of vanadium production waste is presented in Table 3 [Possibility of using vanadium production waste in wall ceramic technology / Bessmertny V.S. and others // Glass and ceramics. 2022. T. 95, no. 7. pp. 43–50.].
Таблица 3Table 3
Химический состав отхода ванадиевого производстваChemical composition of vanadium production waste
Химический состав золошлаковых отходов ЗШО-1 (массовоесодержание, %):Na2O – 0,78; MgO – 2,63; Al2O3 – 22,15; SiO2 – 52,39; K2O – 1,94; CaO – 3,59; TiO2– 1,05; MnO– 0,069; Fe2O3 – 7,73; P2O5 – 0,36; SO3 – 0,37; п.п.п – 6,32.[Возможность использования в технологии экогеополимеров отходов сжигания твердых топлив ТЭЦ Арктической зоны РФ / Е.А. Яценко и др. // Стекло и керамика. 2021. №9.С.40-45.].Chemical composition of ash and slag waste ZShO-1 (mass content, %): Na 2 O – 0.78; MgO – 2.63; Al 2 O 3 – 22.15; SiO 2 – 52.39; K 2 O – 1.94; CaO – 3.59; TiO 2 – 1.05; MnO– 0.069; Fe 2 O 3 – 7.73; P 2 O 5 – 0.36; SO 3 – 0.37; p.p.p – 6.32. [Possibility of using solid fuel combustion waste from thermal power plants in the Arctic zone of the Russian Federation in eco-geopolymer technology / E.A. Yatsenko and others // Glass and ceramics. 2021. No. 9.P.40-45.].
Производили совместный помол портландцементного клинкера и смеси отходов ванадиевого производства и золошлаковых отходов ЗШО -1 в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6400 см2/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.The joint grinding of Portland cement clinker and a mixture of vanadium production waste and ash and slag waste ZShO-1 was carried out in a centrifugal planetary mill to a specific surface area of 6400 cm 2 /g to obtain particles with a size of 3.5-3.6 microns.
Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,24. После твердения на воздухе в течение 24 часов кубики извлекали из формы и подвергали тепловлажностной обработке в пропарочной камере LOIP в течение 6 часов при температуре 85ºС., а затем осуществлялось твердение образцов на воздухе в течение 28 суток.The mixture was extracted and samples were molded into cubes 30x30x30 mm with a water-cement ratio (W/C) of 0.24. After hardening in air for 24 hours, the cubes were removed from the mold and subjected to heat and humidity treatment in a LOIP steaming chamber for 6 hours at a temperature of 85ºC, and then the samples were hardened in air for 28 days.
В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор «Melflux 1641», который добавляли в смесь сверх 100% - 0,16%.The superplasticizer “Melflux 1641” was used as a plasticizing additive, which was added to the mixture in excess of 100% - 0.16%.
Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства и ЗШО-1 после помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Прочность на сжатие определяли как среднюю прочность пяти образцов, которая составляла 57,3 МПа.The dispersity of crushed particles of the original Portland cement clinker, vanadium production waste and ZShO-1 after grinding was determined using an ANALYSETTE 22 NanoTecplus laser particle size analyzer. The compressive strength of the cubes was carried out on a hydraulic press PMG-100 MG4. Compressive strength was determined as the average strength of five samples, which was 57.3 MPa.
Путем совместного помола в центробежно-планетарной мельнице, готовили смесь портландцементного клинкера в количестве 86,0 мас.%, отхода ванадиевого производства и ЗШО-1 при соотношении 2:1 весовых частей соответственно в количестве 14 мас,%. Формовали образцы и испытывали на прочность.By joint grinding in a centrifugal-planetary mill, a mixture of Portland cement clinker was prepared in an amount of 86.0 wt.%, vanadium production waste and ZShO-1 at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 14 wt.%. Samples were molded and tested for strength.
Средняя прочность на сжатие кубиков составляла 57,9МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.The average compressive strength of the cubes was 57.9 MPa, which corresponds to the grade of binder material M 500.
При увеличении в смеси отхода ванадиевого производства и ЗШО-1 более 16 % марочность композиционного вяжущего падает и становитсяниже марки М 400.When the mixture of vanadium production waste and ZShO-1 increases by more than 16%, the grade of the composite binder drops and becomes lower than grade M 400.
Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства и ЗШО-1 при соотношении 2:1 массовых частей в цементе лежит в пределах 14,0-16,0%.Thus, the optimal content of vanadium production waste and ZShO-1 at a ratio of 2:1 parts by weight in cement lies in the range of 14.0-16.0%.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2811125C1 true RU2811125C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU715526A1 (en) * | 1978-09-20 | 1980-02-15 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | Binder |
US4306912A (en) * | 1979-05-31 | 1981-12-22 | Flowcon Oy | Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete |
SU897742A1 (en) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Binder |
RU2119897C1 (en) * | 1998-04-22 | 1998-10-10 | Осипов Александр Алексеевич | Cement |
RU2497767C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "БайкAL") | Method of cement obtaining |
WO2020249805A1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Sika Technology Ag | Method for the kinetic regulation of cementitious binders |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU715526A1 (en) * | 1978-09-20 | 1980-02-15 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | Binder |
US4306912A (en) * | 1979-05-31 | 1981-12-22 | Flowcon Oy | Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete |
SU897742A1 (en) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Binder |
RU2119897C1 (en) * | 1998-04-22 | 1998-10-10 | Осипов Александр Алексеевич | Cement |
RU2497767C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "БайкAL") | Method of cement obtaining |
WO2020249805A1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Sika Technology Ag | Method for the kinetic regulation of cementitious binders |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cordeiro et al. | Enhancement the properties of sugar cane bagasse ash with high carbon content by a controlled re-calcination process | |
Mallikarjuna Rao et al. | Final setting time and compressive strength of fly ash and GGBS-based geopolymer paste and mortar | |
Zhimin et al. | Influence of mineral admixtures on the short and long-term performance of steam-cured concrete | |
Payá et al. | Bagasse ash | |
Bheel et al. | Effect of rice husk ash and water-cement ratio on strength of concrete | |
Abdulmatin et al. | Use of eco-friendly cementing material in concrete made from bottom ash and calcium carbide residue | |
Fediuk et al. | Designing of special concretes for machine building | |
RU2811125C1 (en) | Composite binder based on technogenic waste | |
Darweesh | Effect of banana leaf ash as a sustainable material on the hydration of Portland cement pastes | |
CN109437796A (en) | Discarded regenerative micro powder concrete preparation and application | |
RU2814449C1 (en) | Composite binder based on industrial wastes | |
RU2814438C1 (en) | Composite binder based on industrial wastes | |
RU2452703C2 (en) | Ash-cement binder (zolcit) based on acid ashes of thermal power plants | |
RU2811119C1 (en) | Binder based on industrial waste | |
Kumar et al. | Experimental study on strength properties of metakaolin and GGBS based geopolymer concrete | |
RU2814674C1 (en) | Method of producing binder based on industrial wastes | |
RU2808361C1 (en) | Charge for binder production | |
RU2813563C1 (en) | Binder production method | |
RU2815130C1 (en) | Method of producing binding material | |
RU2813085C1 (en) | Method for producing binding construction material | |
RU2810352C1 (en) | Binder | |
RU2811162C1 (en) | Composite binding material | |
Akpenpuun | Mechanical and structural characteristics of cement mortars blended with locust bean pod ash | |
Ghauch et al. | Characterization of Porous Geopolymers Mortars for the Production of a Sustainable Material | |
RU2808341C1 (en) | Binding material |