SE501511C2 - Förfarande för framställning av cement - Google Patents

Description

501 511 2 ning av cementklinker äger krossning av materialet rum beroende pà det fria fallet för malkulorna. Impulsen av malningskroppen som förorsakar stöten fördelas över chargen omkring området pà ett fortskridande minskande sätt. Enligt nämnda funktionsprincip för rörkvarnar är hastigheten för ökning av ytenergin för materi- alet icke hög och leder icke till en ökning i hàllfastheten för hàrdnad cementpasta och betong.

Beskrivning av uppfinningen Det har nu framkommit att vid behandling i en vibreringskvarn av en kombinerad blandning av ett portlandcement, SiO2-innehållande mikrofyllmedel, lämpligen "silica fume“ och.pulverformigt vatten- reduktionsmedel äger flera processer rum samtidigt: Varje partikel av portlandcementen, mikrofyllmedel och pulver- liknande vattenreduktionsmedel mottar ett stort antal direkta förändringsstötimpulser i snabb följd fràn malkropparna. Finare partiklar av ett mikrofyllmedel med hög hàllfasthet (silica fume) bygger upp ett skydd runt grövre cementpartiklar och verkar som en smörjning mellan cementpartiklar och malningsmedia. Dessa partiklar omvandlar stötimpulser av malningsmedia och förhindrar malning (krossning) av materialet. Som ett resultat skapar ener- gipotentialen hos malningsmedia i vibreringskvarnen huvudsakligen skjuvningsdeformationer pà ytorna av cementpartiklarna. Denna process ökar drastiskt~ytenergin och den kemiska reaktiviteten för cementpartiklarna. Beroende pà absorptionen av pulverformiga vattenreduktionsmedel pà ytan av silica fume-partiklar erhåller dessa elektrostatisk laddning och attraheras av partiklarna av portlandcement. Detta är en ytterligare faktor vid bildningen av ett modifierat skikt pà ytan av cementpartiklarna.

Närvaron av hög täthet av malningsmedia respektive hög täthet av stötimpulser som inträffar i en vibreringskvarn i jämförelse med en rörkvarn bidrar även till bildningen av modifierade partiklar av cement. Samtidigt fylles de mikrodefekter som bildas pà ytan av de deformerade cementpartiklarna av partiklarna av mikrofyll- medlet och det pulverformiga vattenreduktionsmedlet. 501 5111 3 Den cement som framställes enligt föreliggande uppfinning har överraskande egenskaper: minskning av vattenbehovet i jämförelse med vanlig cement med bevarande av konsistensniván för cementpastan eller arbetbarheten för betongblandningen, hastigheten för hàllfasthetsutvecklingen för cementpastan och betongen ökar drastiskt (tryckhàllfasthet vid ett dygns åldring är ungefär 100% högre än för jämförelseprov av samma komposition framställd medelst metoder enligt den tidigare tekniken); porositet för cementpastan är reducerad till mindre än hälften. Betongen blir praktiskt taget ogenomtränglig och hållbar; intensiv själv-torkning av betongen äger rum tillsammans med hàllfasthetsökningen i tidigt stadium för betongen. Värdena beträffande relativ fuktighet är ungefär 60% efter 10 dygns hårdnande vid temperaturen +20°C.

Enligt föreliggande uppfinning omfattar metoden för framställning av cement lämplig för betong med ultrahög hállfasthet och hög densitet stegen dosering av de fasta_komponenterna; torrblandning av de fasta komponenterna; mekanisk behandling av den kombinerade blandningen i vibreringskvarnen där varje partikel hos blandningen mottar ett stort antal direkta förändringshögstöts-impulser.

Enligt föreliggande uppfinning kännetecknas den mekaniska behand- lingen i vibreringskvarnen av den kombinerade blandningen av portlandcement, SiO2-innehållande mikrofyllmedel och pulverfor- migt vattenreduktionsmedel av en diameter för vibreringscirkeln av från 5 till 12 mm, lämpligen 10 mm, och en frekvens av från 1000 till 1500 varv/minut, lämpligen 1200 varv/minut. 501 511 4 Varaktigheten för behandlingen i vibreringskvarnen är från 3 till 60 minuter, lämpligen från 5 till 30 minuter.

Enligt föreliggande uppfinning är proportionen mellan den bland- ning som utsättes för den mekaniska behandlingen i vibrerings- kvarnen och malningsmedia fràn 1:8 till 1:10 uttryckt i vikt, lämpligen 1:9. Det föredragna malningsmedlet i vibreringskvarnen är en blandning av cylpebs, dvs. cylindrar med rundade ändar tillverkade av exempelvis aluminiumoxid eller aluminiumoxidhölje eller stål, med lika höjd och diameter av 12 resp. 9 mm. Propor- tionen mellan de tvâ delarna är fràn 2:1 till 1:2 i vikt, lämp- ligen 1:1 i vikt.

Komponenterna i den blandade cementen finnes närvarande i föl- jande viktsomráden: - portland cement 77-98,9%, lämpligen 89,5-96-7%; - SiO2-innehållande mikrofyllmedel 1-20%, lämpligen 3-10%; - pulverformigt vattenreduktionsmedel 0,1-3,0%, lämpligen 0,3-1,5%.

Olika typer av pmutlandcement som kommersiellt framställes i Sverige kan användas, varvid en föredragen typ utgöres av STDP ANL.

Som xnikrofyllmedel ärt Si02-innehållande komponenter lämpliga vilka har en partikeldiameter lägre än 1 pm, exempelvis "silica fume", mald sand etc., lämpligen "silica fume" (mikrosilica).

Den "silica fume" som användes i föreliggande uppfinning omfattar ytterst små, sfäriska, amorfa partiklar innehållande minst 85 vikt% SiO2. Den specifika verksamma ytan är mellan 15 och 30 m2/g och partiklarna har en diameter mellan 0,1 och 0,2 pm. "Silica fume" erhålles normalt från avgaser från elektriska smältugnar som användes för framställning av kisel och kiseljärn men kan även framställas genom reduktion av Si02 till SiO-gas och reoxi- dation av Si0 i luft. 501 511 5 Pulverformiga (fast'tillstànd) vattenreduktionsmedel.enligt före- liggande uppfinning kan vara vattenreduktionsmedel av melamin- eller naftalen-typ som är kända att användas i vanlig betong, exempelvis Mighty 100.

Ett förfarande för framställning av formade betongelement eller strukturer med användning av föreliggande uppfinning omfattar följande steg: (i) dosering av portlandcementen, Si02-innehållande mikro- fyllmedel och pulverformigt vattenreduktionsmedel; (ii) torrblandning av de ovannämnda komponenterna; (iii) mekanisk behandling av den erhållna kombinerade bland- ningen :i en vibreringskvarn enligt föreskrifterna i föreliggande uppfinning; (iv) blandning av den erhållna cementen med sand och ballast, och vatten, gjutning av ett format element eller struktur och hårdnande av betongen.

Uppfinningen àskådliggöres med hjälp av följande exempel vilka emellertid icke är avsedda att begränsa uppfinningen pá något sätt.

EXEMPEL Fyra blandningar med de sammansättningar som visas i följande tabell I framställes.\Blandningarna A och B är kompositioner enligt föreliggande uppfinning medan blandningarna C och D är kompositioner enligt den tidigare tekniken.

TABELL I A gram B gram C gram D gram Portland cement 1870 1920 1900 1880 (STDP ANh) Silica fume 100 60 100 120 Pulverformigt vat- tenreduktionsmedel 30 20 - - Den portlandcement (STDP ANL) som användes var framställd av 501 511 6 Cementa AB, Sverige; den silica fume som användes var fram- ställd av Elkem A/S, Norge, det pulverformiga vattenreduktionsme- del som användes var sulfonerat naftalen-formaldehyd-kondensat (Mighty 100) framställt av Cementa AB, Sverige.

Blandningarna A och B utsattes för mekanisk behandling i överens- stämmelse med uppfinningen: diametern för vibrationscirkeln var 10 mm, frekvensen 1100 varv/minut, behandlingstiden 30 minuter, proportionen mellan blandning och malningsmedel 1:9 i vikt.

Blandningarna C och D behandlades enligt teknikens ståndpunkt, nämligen malning i 30 minuter i en kulkvarn.

Efter behandlingen blandades de fyra blandningarna med vatten i en Horbart-blandare under 2 ufinuter; förhållande vatten/fast substans 0,16.

För blandningarna C och D tillsattes 3,0% av samma flyttillsats- medel (Mighty 100) för tillhandahållande av lika konsistensnivå för cementpastan. Kuber med 20 mm sida göts. Porositeten bestäm- des med en kvicksilverporosimeter. Finhet hos cementen bestämdes med användning av BET-metoden.

Ursprunglig bindningstid och slutlig bindningstid bestämdes med en Vicat-apparat. Ursprungliga och slutliga bindningstider för alla blandningarna var 45 resp. 165 minuter. Egenskaper för cementpastorna visas i följande tabell II.

TABELL II Egenskap cement A cement B cement C cement D Finner, mz/g (BE-r) före behandling 2,3 1,90 2,3 2,6 efter behandling 2,4 1,98 4,1 4,4 Tryckhållfasthet, MPa l dygns åldring 97,5 96,8 42,3 44,0 3 dygns åldring 121,0 120,0 75,4 78,0 22 dygns åldring 165,0 162,0 98,5 99,5 Porasitepcxfß/g 0,030 0,032 0,07 0,08 501 511 7 Av ovanstående tabell framgár klart att hàllfasthetsutvecklingen och slutlig hàllfasthet för cementpastan framställd enligt före- liggande uppfinning är betydligt högre än.de motsvarande egenska- perna för de cementpastor som framställdes enligt metoderna en- ligt den tidigare tekniken. Dessutom är porositeten för cement- pastan framställd i överensstämmelse med föreliggande uppfinning reducerad till mindre än hälften av den för de cementpastor som framställdes enligt den tidigare tekniken.

Metoden för framställning av cement enligt föreliggande uppfin- ning resulterar dessutom icke i en ökning av finheten för cemen- ten. Detta är en viktig fördel som erhålles medelst metoden enligt föreliggande uppfinning eftersom den leder till reducerat vattenbehov för cementpastorna och betongblandningar jämfört med sådana pastor och blandningar framställda medelst metoden enligt den tidigare tekniken.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 501 511 8 Patentkrav

1. Metod för framställning av cement lämplig för använd- ning i pastor och betonger, med hög bearbetbarhet trots lågt vatteninnehåll, hög hållfasthet och hög densitet och med en snabb utveckling av hållfastheten, k ä n n e t e c k n a d a v, att den omfattar mekaniskkemisk behandling av en kombine- rad mineralpolymerisk blandning av (Portland)cement, Si02- innehållande mikrofyllmedel och polymerer i form av pulverfor- migt vattenreduktionsmedel och ett vibrerande malningsmedel, förslagsvis i form av cylpebs, med en vibrationscirkel med en diameter mellan 5 och 12 mm och med en frekvens mellan 1000 och 1500 varv/minut och att behandlingen sker på sådant sätt att partiklarna i den kombinerade blandningen mottar från malnings- mediat i en kvick följd ett stort antal direktförändrade slumpvisa stötimpulser.

2. Metod enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att behandlingsperioden i det vibrerande malningsmediat varierar mellan 3 och 60 minuter och proportionen mellan blandningen som utsätts för behandlingen och malningsmediat är mellan 1:8 och 1:10 i vikt.

3. Metod enl. krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d a v, att viktområdena för komponenterna i den kombinerade blandningen är: (Portland)Cement = 77-98.9%; Si02-innehållande mikrofyllmedel = 1-20%; Polymerer i form av pulverformigt vattenreduktionsmedel = 0.1- 3%.

4. Metod enl. något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v, att det pulverformiga vattenreduktionsmed- let är av melamin- eller naftalen-typ.

5. Användning av cement framställd medelst metoden enl. föregående krav som ett tillsatsmedel till vanlig (Portland)ce- ment som en accelerator för härdningsprocessen. 10 15 9 501 511

6. Förfarande för framställning av ett format betongele- ment eller struktur, vilket omfattar följande steg (i) dosering av (Portland)cement, SiO2-innehållande mikrofyllmedel och pulverformigt vattenreduktionsmedel; (ii) torrblandning av de ovannämnda komponenterna; (iii) mekaniskkemisk behandling av den kombinerade bland- ningen som angavs i (ii) ovan i ett vibrerande malningsmedia enl. krav 1; (iv) blandning av den cement framställd från steg (iii) med sand och/eller ballast och vatten, gjutning av ett format element eller struktur och härdning av objektet.

7. Förfarande enl. krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v, att den använda blandningen i steg (i) är såsom specifierad i krav 3.