CZ200199A3 - Způsob ke zlepąení melitelnosti přísad do cementu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu ke zlepšení melitelnosti a úpravy hydraulických vlastností mlecích přísad do cementu, zejména strusek, létavých popílků nebo pucolánů.

Dosavadní stav techniky

Struskové cementy, zejména vysokopecní struskový cement nebo hutní struskový cement, se získávají mletím granulovaných strusek a používají se zpravidla jako mlecí přísada do cementových směsí. Je známo vylepšovat jejich mlecí vlastnosti chemickými přísadami, zejména tak zvanými pomocnými mlecími přípravky, které však představují v melivu cizí látky. Je také známo ovlivňovat v určitých časových okamžicích hydraulické vlastnosti, zejména vytvrzování a dosažitelnou pevnost v tlaku pomocí chemických přísad, které se přidávají buď do cementu nebo při výrobě betonu.

Cílem vynálezu je představit způsob, který by zlepšil nebo ovlivnil mlecí vlastnosti a popřípadě také hydraulické vlastnosti mlecích přísad cementu bez použití takových chemických přísad.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob ke zlepšení melitelnosti přísad do cementu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se mlecí přísady před mletím podrobí tepelnému zpracování v rozsahu teplot 250 °C a 1000 °C. Jako překvapující se ukázalo, že zejména granulovaná struska z vysokých pecí při takovém tepelném zpracování vykazovala značné zlepšení mechanické lámavosti. Modifikace zde leží v podstatě v oblasti mezi tak zvanou teplotou pro odstranění pnutí skla a teplotou krystalizace, přičemž se ukázalo, že již zpracování při asi 500 °C a po dobu asi 1 hod. vedlo ke snížení potřebné mlecí energie asi o 20 %. Jako překvapující se pak ukázalo, že touto teplotou, při které může být tepelným zpracováním snížena potřebná mlecí energie, se také mohly výrazně zlepšit hydraulické vlastnosti a zejména měl tento postup také značný vliv na pevnost. Zpracování granulátů strusek z vysokých pecí při teplotě asi 500 °C při současném snížení absorpční mlecí energie asi o 20 % vede ke zvýšení 28 denní pevnosti v tlaku asi o 15 %. Při zpracování za vyšších teplot, zejména při zpracování například za teploty asi 900 °C, se mlecí energie redukuje ještě výrazněji a bylo možno zjistit, že stačí polovina mlecí energie, avšak při zpracování za teploty 900 °C dochází ke snížení pevnosti v tlaku po 7 a po 28 dnech. Snižování přijímané mlecí energie při zvyšující se teplotě zpracování tak není lineární ke změně pevnosti v tlaku, popřípadě ke změně hydrauličnosti, přičemž však u cementových směsí je někdy také žádoucí zpomalené tuhnutí, kterého se jinak konvenčním způsobem dosahuje jen pomocí chemických přísad.

Ve výhodném provedení se tepelné zpracování provádí v rozmezí teplot 300 až 900 °C, zejména v rozmezí 300 a 700 °C, čímž v rozsahu těchto teplot dochází ke snížení vynakládané mlecí energie zhruba na polovinu a v menším, výhodnějším rozsahu teplot, dochází ke zvýšení pevnosti v tlaku za 28 dnů o téměř 20 %, pokud byla příslušná vysokopecní struska v průběhu mletí nebo následně smíchána s portlandským cementem v poměru 1:1. Zlepšení melitelnosti zpracovávané složky má ostatně také za následek zlepšení melitelnosti směsi slínku portlandského cementu a zpracovávaného granulátu vysokopecní strusky, takže i při společném mletí se slínkem portlandského cementu dochází ke snížení potřebné mlecí energie, popřípadě bylo možno zjistit, že při využití stejné mlecí energie bylo dosaženo vyšší jemnosti mletí.

V dalším výhodném provedení se zpracování uvedenou teplotou provádí po dobu 15 min až 3 hod., s výhodou po dobu 45 min až 2 hod. Teploty, potřebné pro požadované tepelné zpracování, jsou k dispozici zejména při použití vysokopecních strusek zpravidla jako odpadní teplo v oblasti vysoké pece. Dobu zpracování lze při vyšších teplotách zkrátit. Je například možno využít zbytkové teplo regenerátoru vysoké pece. Vlastní tepelné zpracování lze provádět v různých místech, výhodný je takový postup, při kterém se tepelné zpracování provádí bezprostředně v návaznosti na granulaci pomocí zbytkového tepla granulovaných částeček zpomaleným ochlazováním, čímž je možno dosáhnout žádoucího ovlivnění jakosti strusky, popřípadě snížení melitelnosti jednoduchým přizpůsobením standardního granulačního postupu nebo peletizace a zejména regulováním doby působení a vedení teploty při suché granulaci. Vysokopecní struska však může být i dodatečně zlepšena tak, že se zavede do sušicích zařízení pro dodatečnou tepelnou úpravu. Konečně je také možno uspořádat samostatné pracovní agregáty před mlecím * · #

zařízením strusky například za současného použití odpadového tepla z chladiče slínku, přičemž alternativně může být vysokopecní struska v oblasti chladiče slínku cementové pece zařazena do teplotní oblasti vhodné pro zpracování. Konečně je také možno zvednout mlecí teplotu při mletí vysokopecní strusky. Vedle možnosti pozitivního ovlivnění počáteční pevnosti betonu a také možnosti hospodárnějšího provádění společného mletí slínku a strusky v důsledku zlepšené mlecí schopnosti složky tvořené vysokopecní struskou, je zde také možnost změny a přizpůsobení charakteristického vývoje pevnosti kompozičních cementů, přičemž se současně sníží například 28 denní pevnost a počáteční pevnost se může zvýšit. Takového průběhu lze dosáhnout zvýšenou jemností strusky, která je důsledkem zlepšení mlecí schopnosti a zejména společným mletím strusky a slínku.

V jiném výhodném provedení jsou mlecí přísady cementu po tepelném zpracování a před mletím ochlazeny na vzduchu, přičemž se na vysokopecní strusku s výhodou působí teplotou nižší než 850 °C, tedy teplotou nižší než je melilitová krystalizační teplota.

U jiného výhodného provedení se tepelné zpracování provede v rozsahu teploty 250 °C a teploty nukleace asi 700 °C, zejména teplotou 500 °C.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji vysvětlen s přihlédnutím k připojeným výkresům, na kterých obr. 1 znázorňuje graf s vývojem pevnosti v tlaku v závislosti na tepelném zpracování, na obr. 2 je znázorněn graf s průběhem pevnosti v tahu při ohybu při různých teplotách zpracování a na obr. 3 je znázorněn graf snižování mlecí energie při různých teplotách zpracování.

Příklady provedení vynálezu

V souvislosti s příkladnými provedeními zřejmými z grafů z výkresů, byla provedena řada přídavných měření, zejména bylo provedeno termoanalytické měření teplot nukleace a krystalizace převážně vznikajících melilitických fází a vždy také stanovení jemnosti mletí podle Blaina ohybem laseru nebo sítovou analýzou, jakož i stanovení hydraulické aktivity podle Ó-normy B 3310 s hranoly malty obsahujícími 50 % podíl strusky a s WC-hodnotou 0,6. Kontrolní zkoušky prokázaly, že dokončením nukleace byl negativně ovlivněn průběh pevnosti, přičemž tento negativní vývoj pevnosti po dokončení nukleace ještě nevykázal žádnou změnu v obsahu skla při kontrolním měření difrakce. Zkoušky byly prováděny v krocích po 100 teploty zpracování a výsledky jsou zřejmé z obr. 1. Přitom ukazuje obr. 1 průběh pevnosti v tlaku při různých teplotách zpracování, přičemž zde byl zvolen poměr strusky k cementu 50:50. Z grafu na obr. 1 je zřejmé, že vývoj a zejména zlepšení 28 denní pevnosti se projevují v rozsahu teploty od 400 °C do 600 °C. Na měřicí bod 900 °C však podle znázornění na obr. 1 není možno pohlížet jako na reprezentativní, neboť u této zkoušky v důsledku značně zlepšené melitelnosti nemohla již být dodržena konstantní jemnost 4500 cm²/g, dodržovaná u jiných zkoušek. Silně zlepšená melitelnost měla v tomto případě za následek jemnost 6700 cm²/g.

Termoanalytické zkoušky vysokopecní strusky ukázaly vrcholové teploty pro nukleaci 710 °C, pro melilitickou krystalizaci 850 °C, pro další krystalizaci 900 °C a vrcholovou teplotu 1190 °C pro eutektickou taveninu. Homogenní tavenina byla zjištěna termoanalýzou při 1330 °C.

Vysokopecní strusky byly zpracovány ve vypalovací komorové peci, přičemž byly vždy voleny pracovní teploty po 1 hod. a teploty znázorněné na obr. 1. Po uplynutí doby působení teploty byly strusky vyjmuty z pece a ochlazeny na vzduchu.

Mletí takto zpracované vysokopecní strusky bylo prováděno v kulovém mlýně, přičemž byl postup mletí vždy určován měřením jemnosti podle Blaina.

Podle vývoje pevnosti v tlaku, znázorněného na obr. 1, lze zjistit, že až do rozsahu teploty asi 500 °C dochází ke zřetelnému zvyšování pevnosti v tlaku. Maximální pevnosti v tlaku po 28 dnech se tak dosahuje za vyšších teplot než jsou maximální teploty při počáteční pevnosti. Tepelné zpracování tak vede k diferenciaci hodnot pevnosti v určitých časových okamžicích, čímž může vcelku být ve velkém rozsahu upravována hydrauličnost.

Po překročení oblastí teplot pro nukleaci a krystalizaci (asi 700 °C) byl zjištěn úbytek hydraulické aktivity (speciálně 28 denní pevnosti v tlaku). Bylo však překvapující, že se při zpracování za vyšších teplot také ukázalo zvýšení 2 denní pevnosti v tlaku.

Jak již bylo dříve uvedeno, měřicí bod 900 °C na grafu na obr. 1 nemá být považován za reprezentativní, neboť v tomto případě bylo provedeno mletí na podstatně vyšší jemnost.

·· ·· φφ • · · · · φ φ φφφφ φ φ φ φ φφφ φφφ ³ •••••φ φφ;

·· ·· ·· ·♦· ·φ

Také pevnost v tahu ph ohybu nemohla být tepelným zpracováním nijak výrazně ovlivněna. Na grafu na obr. 2 je znázorněn průběh pevnosti v tahu při ohybu při různých teplotách zpracování opět při podílu strusky a cementu 50:50, přičemž pro měřicí bod 900 °C platí opět výše uvedené vysvětlení, vztahující se k mlecí jemnosti. Byl zjištěn lehký úbytek pevnosti v tahu při ohybu až ke krystalizační teplotě, přičemž pevnost v tahu při ohybu výrazně klesla teprve při překročení krystalizační teploty.

Pevnost v tahu při ohybu a pevnost v tlaku v oblasti počáteční pevnosti jsou znázorněny podobnými průběhy křivek a dovolují tak opět rozsáhlé přizpůsobení na žádané hydraulické vlastnosti konečného produktu.

Konečně byla také měřena melitelnost za sledovaných teplot a výsledky tohoto měření jsou znázorněny na grafu z obr. 3. Na grafu je zřejmá změna doby mletí v závislosti na použité teplotě a je zřejmé, že délka mletí, za kterou se mohlo dosáhnout stejné jemnosti podle Blaina asi 4500 cm²/g, se rychle zkracuje. Zde uvedená měřicí hodnota 900 °C není zcela přesná, neboť v tomto časovém bodu byla již dosažena jemnost mletí 6700 cm²/g, takže jemnosti 4500 cm²/g podle Blaina se dosáhlo již dříve. Jemnost mletí byla přídavně kontrolována přeséváním zbytků síty s oky 45 m (R45) (a laserovým měřením ohybu) přičemž jsou zjištěné výsledky uvedeny v následující tabulce.

Teplota (°C)	Doba mletí (min.)	Doba mletí (%)	Blaine (cm2/g)	R45 (% hmotnostní)
20 (referenční)	270	100	4700	1,27
300	230	85	4600	0,57
400	225	83	4500	0,83
500	225	83	4500	0,53
600	215	80	4500	0,57
700	210	78	4600	0,57
900	180	67	6700	8,87

• 0

# • 0

Jak ukazuje jemnost zjištěná pomocí R45, jakož i měření rozdělení velikosti zrn laserovým měřením ohybu, dochází spolu se zvýšeným podílem krystalické látky také ke zřetelné změně rozdělení velikosti zrn, charakteristické pro strusky.

Souhrnně se tak ukázalo, že při tepelném zpracování v rozsahu 300 °C až 500 °C dochází k úspoře mlecí energie asi 15 %. Ke snížení asi o 20 % dochází v oblasti nukleačních teplot, přičemž se délka mletí dále výrazně snižuje, jakmile vzniknou krystalické podíly.

Claims (7)

1. Způsob ke zlepšení melitelnosti přísad do cementu a úpravy hydraulických vlastností mlecích přísad do cementu, zejména strusek, létavých popílků nebo pucolánů, vyznačující se tím, že se mlecí přísady cementu před mletím podrobí tepelnému zpracování v rozsahu teplot 250 °C a 1000 °C.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se tepelné zpracování provádí v rozsahu tep lot 300 °C a 900 °C, zejména v rozsahu 300 °C a 700 °C.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že se tepelné zpracování provádí po dobu 15' až 3 h, s výhodou po dobu 45' až 2 h.

4. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se mlecí přísady cementu po tepelném zpracování a před mletím ochladí na vzduchu.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se na vysokopecní strusku půso bí teplotou nižší než 850 °C, tedy teplotou nižší než je melilitová krystalizační teplota.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se tepelné zpracování provádí v rozsahu teploty 250 °C a teploty nukleace asi 700 °C, zejména teplotou asi 500 °C.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se tepelné zpracování provádí bezprostředně v návaznosti na granulaci pomocí zbytkového tepla granulovaných částeček jejich zpomaleným ochlazováním.