RU2814438C1 - Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов - Google Patents
Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814438C1 RU2814438C1 RU2023125932A RU2023125932A RU2814438C1 RU 2814438 C1 RU2814438 C1 RU 2814438C1 RU 2023125932 A RU2023125932 A RU 2023125932A RU 2023125932 A RU2023125932 A RU 2023125932A RU 2814438 C1 RU2814438 C1 RU 2814438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- portland cement
- colemanite
- enrichment
- industrial wastes
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 title abstract description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910021540 colemanite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle 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
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 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
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 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
- 239000011325 microbead Substances 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
- MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N oxidoboron Chemical class O=[B] MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 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
Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности. Технический результат заключается в повышении прочности. Композиционное вяжущее включает портландцементный клинкер и техногенные отходы, при этом в качестве техногенных отходов вводят смесь отходов ванадиевого производства, отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманит при соотношении 3:1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см2/г, при следующем массовом соотношении, мас.%: портландцементный клинкер 84-86; техногенные отходы 14-16. 3 табл.
Description
Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности.
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].
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.
Недостатком данного вяжущего материала является его низкое качество.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества вяжущего на основе техногенных отходов.
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, отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманит при соотношении 3:1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см2/г, при следующих массовом соотношении, %: портландцементный клинкер – 84-86 мас. %; техногенные отходы 14-16 мас.%.
Предложенный композиционный вяжущий материал отличатся от прототипа тем, что вместо сульфатного компонента вводят смесь отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита дисперсностью каждый 6400 см2/г в соотношении 3:1:1.
В процессе совместного помола происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, колеманита 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 отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии имеют в своем составе значительное количество оксидов железа, колеманит имеет в своем составе оксиды кальция и бора, которые играет положительную роль при зародышеобразовании центров кристаллизации при затворении портландцемента и обеспечивают высокие прочностные показатели конечного продукта. Совместное использование отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита в количестве 14-16 мас.% приводит к существенному повышению прочности.
Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Вяжущее, мас. % | Отходы ванадиевого производства / отходы обогащения железистых кварцитов КМА / колеманит, (массовые части) | Содержание компонентов, мас. % | Прочность на сжатие, МПа |
| 88 | 3:2:1 | 12 | 46,3 |
| 86 | 14 | 48,4 | |
| 84 | 16 | 50,1 | |
| 82 | 18 | 47,5 | |
| 88 | 3:1:1* | 12 | 56,3 |
| 86 | 14* | 58,9* | |
| 84 | 16* | 60,3* | |
| 82 | 18 | 57,1 | |
| 88 | 3:1:2 | 12 | 45,9 |
| 86 | 14 | 47,6 | |
| 84 | 16 | 49,8 | |
| 82 | 18 | 46,5 | |
| * – оптимальный вариант | |||
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).
Таблица 2
Химический состав портландцемента
| CaO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | SO3 | R2O | п.п.п. |
| 62,44 | 21,29 | 5,72 | 3,37 | 2,09 | 2,83 | 1,21 | 1,05 |
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.].
Таблица 3
Химический состав отхода ванадиевого производства
| Массовое содержание, % | |||||||
| SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | V2O5 | Mn2O3 | SO3 | п.п.п. |
| 3,22 | 0,41 | 36,93 | 5,03 | 2,81 | 17,39 | 33,02 | 1,19 |
Химический состав отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (массовое содержание, %):Na2O – 0,98; MgO – 5,84; Al2O3 – 2,52; SiO2 – 72,74; K2O – 0,65; CaO – 3,12; TiO2– 0,27;FeO-9,45;Fe2O3 – 4,06; P – 0,65; S – 0,21 [Плазменная технология получения стекломикрошариков на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА / Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика. 2021. №7.С.17-27.].
Химический состав колеманита (массовое содержание, %):[Исследование дегидратации колеманита в неизотермических условиях / Бессмертный В.С., Бондаренко М.А. и др. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2021. № 3. С. 97-106.].
Производили совместный помол портландцементного клинкера и смеси отходов ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6400 см2/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.
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.
В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор «Melflux 1641», который добавляли в смесь сверх 100% - 0,16%.
Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита 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 60,3 МПа.
Путем совместного помола в центробежно-планетарной мельнице, готовили смесь портландцементного клинкера в количестве 84,0 мас.%, отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита при соотношении 3:1:1 весовых частей соответственно в количестве 16 мас,%. Формовали образцы и испытывали на прочность.
Средняя прочность на сжатие кубиков составляла 60,3МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.
При увеличении в смеси отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита более 16 % марочность композиционного вяжущего падает и становится ниже марки М 400.
Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства, отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманита при соотношении 3:1:1 массовых частей в цементе лежит в пределах 14,0-16,0%.
Claims (3)
- Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов, включающее портландцементный клинкер и техногенные отходы, отличающееся тем, что в качестве техногенных отходов вводят смесь отходов ванадиевого производства, отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и колеманит при соотношении 3:1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см2/г, при следующем массовом соотношении, мас.%:
- портландцементный клинкер 84-86;
- техногенные отходы 14-16.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814438C1 true RU2814438C1 (ru) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU715526A1 (ru) * | 1978-09-20 | 1980-02-15 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | В жущее |
| SU718395A1 (ru) * | 1978-09-04 | 1980-02-29 | Криворожский Цементный Завод Республиканского Производственного Объединения Укрцемент | В жущее |
| US4306912A (en) * | 1979-05-31 | 1981-12-22 | Flowcon Oy | Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete |
| SU897742A1 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | В жущее |
| SU897743A1 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | В жущее |
| 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 |
|---|---|---|---|---|
| SU718395A1 (ru) * | 1978-09-04 | 1980-02-29 | Криворожский Цементный Завод Республиканского Производственного Объединения Укрцемент | В жущее |
| SU715526A1 (ru) * | 1978-09-20 | 1980-02-15 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | В жущее |
| US4306912A (en) * | 1979-05-31 | 1981-12-22 | Flowcon Oy | Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete |
| SU897742A1 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | В жущее |
| SU897743A1 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | В жущее |
| 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 |
|---|---|---|
| Rashad et al. | Influence of the activator concentration of sodium silicate on the thermal properties of alkali-activated slag pastes | |
| Mallikarjuna Rao et al. | Final setting time and compressive strength of fly ash and GGBS-based geopolymer paste and mortar | |
| Tchakouté et al. | Synthesis of sodium waterglass from white rice husk ash as an activator to produce metakaolin-based geopolymer cements | |
| Martinez-Lopez et al. | Alkali activated composite binders of waste silica soda lime glass and blast furnace slag: Strength as a function of the composition | |
| Zhimin et al. | Influence of mineral admixtures on the short and long-term performance of steam-cured concrete | |
| CN111556857A (zh) | 用无机粘合剂增强煅烧粘土效用 | |
| CN108341618A (zh) | 一种免蒸养活性粉末混凝土掺合料及生产方法 | |
| RU2814438C1 (ru) | Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов | |
| Darweesh | Effect of banana leaf ash as a sustainable material on the hydration of Portland cement pastes | |
| RU2814449C1 (ru) | Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов | |
| RU2452703C2 (ru) | Золоцементное вяжущее (зольцит) на основе кислых зол тепловых электростанций | |
| RU2811119C1 (ru) | Вяжущее на основе промышленных отходов | |
| RU2656270C1 (ru) | Цемент низкой водопотребности и способ его получения | |
| Sarıdemir et al. | Long-term properties of steel fiber reinforced silica fume based AAMs at ambient and high temperatures | |
| RU2811125C1 (ru) | Композиционное вяжущее на основе техногенных отходов | |
| RU2821085C1 (ru) | Способ получения вяжущего на основе техногенных отходов | |
| Zuaiter et al. | Early-Age Properties of Slag-Fly Ash Blended Geopolymer Concrete Reinforced with Glass Fibers–A Preliminary Study | |
| RU2814674C1 (ru) | Способ получения вяжущего на основе техногенных отходов | |
| RU2808361C1 (ru) | Шихта для производства вяжущего | |
| Bajare et al. | Obtaining composition of geopolymers (alkali activated binders) from local industrial wastes | |
| RU2814671C1 (ru) | Способ получения вяжущего на основе промышленных отходов | |
| RU2810352C1 (ru) | Вяжущее | |
| Salim et al. | Microstructure, strength, and physical properties of metakaolin-based geopolymer mortar | |
| RU2813563C1 (ru) | Способ получения вяжущего | |
| CN112645622A (zh) | 一种高活性煤矸石掺合料的制备方法 |