Спосіб обробки пуцоланів

Реферат: Спосіб обробки пуцоланів у вигляді шлаку та зольного пилу, зокрема зольного пилу класу F та/або класу С, що використовується для виготовлення будівельних розчинів та бетонів, де зазначений спосіб відрізняється тим, що зазначені пуцолани підлягають інтенсивній механічній обробці шляхом подрібнення у подрібнювальному обладнанні до розміру зерен кінцевого продукту із залишком на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5 %, де частинки пуцоланів отримують механічні імпульси під час руйнування неценосферних структур у вигляді великих частинок шлаків, за рахунок чого активується поверхня подрібнених частинок ценосфер. UA 98822 C2 (12) UA 98822 C2 UA 98822 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу обробки пуцоланів у вигляді зольного пилу. Зольний пил (зола винесення) використовується у виробництві бетонів, будівельних розчинів та інших сумішей, що містять цемент. Зольний пил є побічним продуктом електростанцій, що спалюють вугілля, і виробляється в усьому світі щороку у великій кількості. Запропонований спосіб дозволяє виключити коливання якості зольного пилу, спричинені змінами хімічного складу вугілля та параметрів процесів спалювання вугілля. Обробка пуцоланів, тобто зольного пилу, згідно з цим способом значно покращує робочі характеристики бетону і дозволяє у значній мірі замінити стандартний портландцемент, що, у свою чергу, дозволяє отримати значний економічний та екологічний ефект. Зольний пил зазвичай містить близько 85% склоподібних аморфних компонентів у формі частинок ценосфер. Згідно зі стандартом Американської спілки спеціалістів з випробувань та матеріалів ASTM C 618 зольний пил поділяється на два класи, клас C і клас F. Зольний пил класу F зазвичай містить більше 70% (за вагою) кремнезему, глинозему та оксидів заліза, а клас C зазвичай містить від 70% до 50% цих речовин. Зольний пил класу F є побічним продуктом спалювання бітумінозного вугілля. Зольний пил класу C відрізняється більшим вмістом кальцію і є побічним продуктом спалювання напівбітумінозного вугілля. За даними Американської асоціації з вивчення зольного пилу у 2006 році в США було отримано близько 73 мільйонів тон вугільної золи у вигляді зольного пилу, з яких лише близько 45% було використано для різних промислових потреб; при цьому решту вугільної золи було переважно відправлено на звалища відходів. Наразі у США у складі бетонів заміняється лише близько 10% портландцементу. Всебічний аналіз показав, що бетони з великим вмістом зольного пилу, в яких зольним пилом замінено понад 50% портландцементу, набувають більш високої тривалої міцності та демонструють нижчу водопроникність і газопроникність, високу стійкість до дії іонів хлоридів тощо у порівнянні з бетонами на портландцементі без вмісту зольного пилу. Водночас бетони з великим вмістом зольного пилу мають значні недоліки. Одним із таких недоліків є дуже довгий час тужавіння та дуже повільне зміцнювання протягом періоду 0-28 днів, особливо якщо водоцементне співвідношення перевищує 0,50. Ці негативні властивості призводять до зменшення рівня використання зольного пилу для заміни портландцементу в середньому до 15-20%. Крім того, існують серйозні проблеми, пов'язані зі стабільністю якості зольного пилу. Зазвичай коливання хімічного складу вугілля, що використовується, та часті зміни робочих параметрів котлів призводять до утворення кристалічної та квазікристалічної фаз, так званих шлаків, що, у свою чергу, призводить до зниження хімічної активності зольного пилу, так званої пуцоланової активності. Було докладено певних зусиль для покращення робочих характеристик бетонів з великим вмістом зольного пилу, наприклад у роботі Malhotra, Concrete International J., том 21, №5, травень 1999 р., стор. 61-66. Згідно з цим зміцнювання таких бетонів можна покращити шляхом значного підвищення вмісту зв'язувального матеріалу, тобто цементу і мікронаповнювача, і значного зменшення кількості води, але такий підхід потребує збільшення дозування водопоглинаючих домішок для підтримання необхідної консистенції бетонної суміші, що призведе до різкого зростання вартості бетону. Було розроблено кілька способів покращення пуцоланової активності зольного пилу шляхом його подрібнення, яке призводить до збільшення кількості частинок зольного пилу розміром близько 11 мкм, з одночасним додавання оксиду кальцію. Такі способи описані в патентах США №№ 6,818,058, 6,038,987, 5,714,002, 5,714,003, 5,383,521 та 5,121,795. Усі зазначені відомі способи або не здатні забезпечити значне покращення характеристик зольного пилу яккомпонента бетону, або не дозволяють уникнути коливань властивостей зольного пилу і гарантувати стабільну якість кінцевого продукту. Даний винахід дозволяє вирішити зазначені проблеми. Таким чином, цей винахід стосується способу обробки пуцоланів у вигляді зольного пилу, наприклад зольного пилу класу F та/або класу C, що використовується для виготовлення будівельних розчинів та бетонів, де зазначений спосіб відрізняється тим, що зазначені пуцолани підлягають інтенсивній механічній обробці шляхом подрібнення у подрібнювальному обладнанні до розміру зерен кінцевого продукту із залишком на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5%, де частинки пуцоланів отримують механічні імпульси під час руйнування неценосферних структур у вигляді великих частинок шлаків, за рахунок чого активується поверхня подрібнених частинок ценосфер. Даний винахід може втілюватися з використанням різних типів подрібнювального обладнання, зокрема помольного обладнання для однорідних матеріалів, наприклад мішалок, 1 UA 98822 C2 5 10 15 20 25 30 35 відцентрових пристроїв, кульових млинів, або помольного обладнання для неоднорідних матеріалів, наприклад дробарок струминного, ударного, вальцьового типу, із переважними механічними імпульсами зсуву, що застосовуються до частинок, які підлягають обробці, у поєднанні з повітряною класифікацією. Згідно з одним із переважних варіантів цього винаходу пуцолан підлягає попередній класифікації з метою відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить не менше 90%, де завеликі частинки подрібнюються до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5%, для досягнення міцності, що за 28 днів становитиме не менше 75% за класифікацією пуцоланів стандарту ASTM C 618. Згідно з іншим переважним варіантом цього винаходу пуцолан підлягає попередній класифікації з метою відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить не менше 95%, де завеликі частинки подрібнюються до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5%. Згідно з ще одним переважним варіантом цього винаходу пуцолан підлягає попередній класифікації з метою відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить не менше 99%, де завеликі частинки подрібнюються до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5%. Згідно з ще одним переважним варіантом цього винаходу пуцолан, після зазначеної попередньої класифікації, підлягає проміжному подрібненню до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5%. Згідно з найбільш переважним варіантом даного винаходу пуцолан підлягає такому подрібненню, щоб кінцевий продукт мав наступний гранулометричний склад: Не більше 5 мкм 15-25% Не більше 10 мкм 30-40% Не більше 30 мкм 90-95%. Пуцолан, оброблений згідно з цим винаходом, може бути додатково оброблений шляхом додавання портландцементу. Згідно з одним із переважних варіантів цього винаходу кількість портландцементу, що додається, складає до 10% (за вагою) зазначеного пуцолану під час зазначеної обробки пуцолану або після неї. У переважному варіанті під час зазначеної обробки пуцолану або після неї до зазначеного пуцолану додаються влагопоглинаючі (пластифікувальні) речовини, регулятори часу тужавіння та/або домішки для прискорення зміцнювання у вигляді порошку. Головною перевагою даного винаходу є те, що запропонована обробка зольного пилу дозволяє звести до мінімуму вплив коливань якості вугілля і параметрів котла на властивості зольного пилу. Іншою перевагою є можливість збільшення змінною частки портландцементу в бетоні, що призводить до значного зменшення викидів газів сухого переганяння та витрат енергії, пов'язаних із виробництвом портландцементу. Приклади. Було проведено випробування згідно з цим винаходом зольного пилу класу F за стандартом ASTM C; хімічний і гранулометричний склад зазначеного зольного пилу наведені у таблицях 1 і 2. 40 Таблиця 1 Хімічний склад Складник CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 Na2O K2O Зольний пил 15,0% 49,4% 19,6% 5,2% 0,8% 0,3% 1,2% 2 UA 98822 C2 Таблиця 2 Гранулометричний склад Складник Середній (медіанний) розмір частинок, мкм Максимальний розмір частинок, мкм Залишок на ситі з вічком 325 меш (45 мкм), % 5 Зольний пил 15,2 120 22 У таблиці 3 нижче наведені дані зміцнювання за стандартом ASTM C 109 для суміші портландцементу (типу 1 за класифікацією стандарту ASTMC 150) та допоміжних зв'язувальних матеріалів (ДЗМ) у пропорції 50/50 за вагою без обробки та з обробкою згідно з даним винаходом. Таблиця 3 Зростання міцності на стискання, МПа (фунтів/кв. дюйм) Тип допоміжних зв'язувальних матеріалів 1 1. Шлак без обробки після класифікації (95% більше 2,5 (364) 45 мкм) 2. Шлак з обробкою після класифікації (95% 6,6 (962) дрібніше 30 мкм) 3. Зольний пил з обробкою і шлак з обробкою 8,8 (кінцевий продукт - 95% дрібніше 30 мкм) (1269) 4. Суміш у пропорції 50/50 цементу типу І та шлаку доменної печі (питома поверхня за Блейном 4000 2 см /г) 10 15 20 Час тужавіння, днів 3 7 4,3 (630) 14,3 (2079) 19,1 (2769) 5,8 (842) 20,1 (2903) 27,0 (3911) 25-28 МПа 28 9,0 (1315) 28,7 (4158) 35,2 (5108) 30-38 МПа Отримані результати випробувань доводять, що даний винахід дозволяє перетворити цілком інертну грубу фракцію зольного пилу із нульовою пуцолановою активністю на активний складник, який значно підвищує міцність. Цементна суміш, яка містила 50% портландцементу і 50% зольного пилу, обробленого згідно з цим винаходом, після 28-денного періоду тужавіння демонструвала міцність на рівні середньої міцності цементів типу І (35-40 МПа) та суміші такого цементу з високоякісним шлаком доменної печі у пропорції 50/50. На додаток до значного покращення робочих характеристик, включаючи високу міцність тощо, цей винахід також забезпечує значний екологічний ефект, даючи змогу використовувати у виробництві бетону малоактивні золи, які зазвичай утилізуються на звалищах. Вище наведено опис кількох варіантів втілення даного винаходу. Однак цей винахід не обмежений наведеними вище прикладами втілення і дозволяє вносити зміни у межах, окреслених формулою винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Спосіб обробки пуцоланів у вигляді шлаків та зольного пилу, зокрема зольного пилу класу F та/або класу С, що використовують для виготовлення будівельних розчинів та бетонів, де зазначені пуцолани піддають інтенсивній механічній обробці шляхом подрібнення у подрібнювальному обладнанні, де частинки пуцоланів отримують механічні імпульси, який відрізняється тим, що проводять руйнування неценосферних частинок у вигляді великих частинок шлаків, за рахунок чого активують поверхню подрібнених частинок ценосфер, при цьому пуцолан подрібнюють, завдяки чому кінцевий продукт має наступний гранулометричний склад: не більше 5 мкм 15-25 % не більше 10 мкм 30-40 % не більше 30 мкм 90-95 %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначені пуцолани підлягають попередній класифікації для відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить 3 UA 98822 C2 5 10 15 не менше 90 %, де завеликі частинки подрібнюють до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5 %. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначені пуцолани підлягають попередній класифікації для відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить не менше 95 %, де завеликі частинки подрібнюють до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5 %. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зазначені пуцолани підлягають попередній класифікації для відокремлення фракції, залишок якої на ситі з розміром вічка 45 мкм становить не менше 99 %, де завеликі частинки подрібнюють до розміру, що відповідає залишкові на ситі з розміром вічка 30 мкм менше 5 %. 5. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що під час зазначеної обробки пуцоланів або після неї до зазначених пуцоланів додатково вносять портландцемент у кількості до 10 мас.%. 6. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-5, який відрізняється тим, що під час зазначеної обробки пуцоланів або після неї до зазначених пуцоланів додатково вносять пластифікуючі речовини, регулятори часу тужавіння та/або домішки для прискорення зміцнювання у вигляді порошку. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4