ИНТЕНСИФИКАТОР ПОМОЛА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам добавок, используемых для интенсификации помола цементного клинкера.

В настоящее время в промышленности строительных материалов остро стоит задача, связанная с энергосбережением в производстве цемента, затраты на электроэнергию при помоле которого в среднем составляют около 10-11%, а на ряде предприятий достигают 15% от общих затрат в себестоимости цемента. Для повышения энергоэффективности на стадии помола в мировой цементной промышленности весьма широко используются химические добавки, интенсифицирующие помол. Действие интенсификаторов помола можно разделить на две составляющие: изменение параметров помола в мельнице и влияние на свойства готового продукта. Существуют различные виды интенсифицирующих помол добавок: триэтаноламин (ТЭА), мылонафт, соапсток, сульфит-спиртовая барда и др.

Наиболее эффективны амины и многоатомные спирты. Они оказывают влияние за счет снижения агломерации, а также предотвращают залечивание образовавшихся в процессе помола микротрещин. Добавляемое количество подобных интенсификаторов составляет всего 0,01-0,1% от веса клинкера [Тейлор X. Химия цемента. Пер. с англ. - М.: Мир, 1996. - 560 с.], однако последующее использование полученных цементов на стадии производства бетонов в комплексе с суперпластификаторами часто приводит к расслоению бетонных смесей и снижению прочностных характеристик бетонов.

Наиболее близким аналогом для предлагаемого изобретения является добавка, применяемая в качестве компонента в вяжущем [а.с. №1772097, C04B 28/04. Опубл 30.10 1992 г. Бюл. №40].

В данном изобретении при помоле клинкера использовалась пластифицирующая добавка на основе олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. При этом интенсификатор дополнительно содержал соль нафталинсульфокислоты и характеризовался следующим олигомерным составом, масс.%: олигомеры с 2-4 ядрами нафталина 2,0-4,5, олигомеры с 5-9 ядрами 12,5-26,5, олигомеры с 10-12 ядрами 8,5-25,0, олигомеры с 13-14 ядрами 12,5-18,5, олигомеры с 15-17 ядрами 32.0-50.0, олигомеры с числом ядер нафталина более 17 2-10.

Недостатком прототипа является то, что как интенсификатор помола он работает при высоких дозировках, а образующийся цемент не всегда совместим с пластифицирующими добавками при их введении на стадии производства бетонов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание интенсификатора, эффективного при помоле цементного клинкера уже при малых дозировках и совместимого с основными типами пластифицирующих добавок в процессе производства (в технологии) бетона.

Поставленная задача решается тем, что в интенсификаторе помола цементного клинкера, содержащем пластификатор сульфонатного типа на основе смеси олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты, включающей олигомеры с числом нафталиновых ядер от 2 до 25, в качестве пластификатора используют композицию олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты, модифицированных лигносульфонатов - лигносульфонатов (ЛСТ), обработанных триэтаноламином (ТЭА) при соотношении компонентов (масс.%):

лигносульфонаты - 60-90

триэтаноламин - 10-40

водорастворимого соединения кремния - олигомерных силанол, содержащих по крайней мере 1 связь кремния с sp³-гибридизованным углеродом и смеси средних солей серосодержащих кислот со степенями окисления +6, +2 и -2 в соотношении 20-30:35-40:35-40;

при следующем соотношении указанных компонентов (масс.%):

Механизм диспергирующего действия интенсификатора помола заключается в адсорбции анионных молекул предлагаемой добавки, имеющей в своем строении ароматические кольца, на активных центрах кальция в микротрещинах клинкера, что уменьшает поверхностную энергию, создавая расклинивающий эффект и облегчает разрушение твердого тела. Добавка также стабилизирует дисперсное состояние материала, покрывая поверхность частиц и уменьшая возможность их обратного слипания (коагуляции).

Использование предлагаемого интенсификатора помола цементного клинкера позволяет обеспечить синергический эффект, вследствие чего для достижения требуемой удельной поверхности цемента или повышения производительности мельницы по сравнению с прототипом требуется существенно меньшая дозировка добавки. Так для прототипа диапазон дозировок составляет от 0,3% до 5%, а для предлагаемого интенсификатора - 0,025-0,05%.

Соотношение компонентов в предлагаемом в изобретении интенсификаторе помола цементного клинкера подобрано экспериментально.

Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами, которые не исчерпывают все возможные варианты интенсификатора помола, но помогают нагляднее продемонстрировать его свойства.

В качестве интенсификатора-прототипа используют Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05.

Интенсификатор помола цементного клинкера по изобретению получают путем простого смешения компонентов в виде водного раствора с массовой долей сухих веществ 5-40% или в виде сухой добавки. Состав образцов интенсификатора помола (масс. %), прошедших испытания, представлен в таблице 1. В качестве олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты использовали полиметиленнафталинсульфокислоты натриевую соль. В качестве водорастворимого соединения кремния использовали метилсиликонат натрия ГКЖ-11 - в образцах 1, 3, 4, 7, 10, 12; этилсиликонат натрия ГКЖ-10 - в образцах 2, 5, 6, 8, 9, 11.

Эффективность действия интенсификаторов оценивали сравнивая параметры работы мельницы и характеристики цементов при использовании предлагаемого интенсификатора и прототипа. Результаты приведены в таблице 2. Прототип вводился в дозировке 0,5%, а интенсификатор по изобретению - 0,03%.

В ходе испытаний производительность работы мельницы фиксировалась по показаниям весовых дозаторов. Оценка влияния интенсификаторов проводилась по остатку на сите №008, удельной поверхности, нормальной густоте, срокам схватывания и прочности при сжатии в 2- и 28-суточном возрасте, определенном по ГОСТ 310.4-81. Остаток на сите №008 находился в пределах 6-11 масс.%. Вначале в течение 4 ч мельница выводилась на стабильный режим работы с интенсификатором, далее фиксировались параметры работы мельницы и отбирались пробы для проведения физико-механических испытаний цементов.

Использование интенсификатора помола по изобретению по сравнению с прототипом позволяет на 3,5-6,3% увеличить производительность промышленных мельниц при сохранении качества выпускаемого цемента; оптимальная дозировка интенсификатора помола по изобретению колеблется в интервале 0,025-0,030 масс.% по сухому веществу. В этом интервале его значений наблюдается максимальное увеличение производительности мельницы и возрастание прочностных характеристик цемента.

В таблице 3 представлены результаты изучения совместимости цементов, полученных с применением предлагаемого по изобретению интенсификатора помола цементного клинкера и прототипа, с добавками-пластификаторами трех основных типов.

Из анализа полученных при проведении испытаний результатов видно, что применение предлагаемого в изобретении интенсификатора помола цементного клинкера по сравнению с прототипом приводит к заметному повышению связности (однородности) бетонных смесей. Так при использовании цемента, полученного с интенсификатором-прототипом, водоотделение составило 0,9-1,5% при использовании нафталинсульфоната и лигносульфоната соответственно, а при введении поликарбоксилата наблюдалось расслоение бетонной смеси. При использовании цемента, полученного с интенсификатором помола по изобретению, со всеми добавками были получены связные смеси с величиной водоотделения 0,7-0,8%.

Результаты сопоставительных испытаний бетонов на основе цементов, полученных с применением предлагаемого в изобретении интенсификатора помола цементного клинкера и с применением интенсификатора-прототипа, приведены в табл.4. При использовании в технологии бетона всех трех наиболее распространенных типов пластифицирующих добавок (на основе лигносульфонатов, нафталинсульфонатов и поликарбоксилатов) наблюдалось улучшение прочностных характеристик в случае цемента, полученного с применением интенсификтора помола по изобретению. Так при применении добавок лигносульфоната и нафталинсульфоната в возрасте 28 суток бетоны на основе цемента, произведенного с применением интенсификатора по изобретению, обладают прочностью на сжатие на 10% и 15% выше по сравнению с бетоном на основе цемента, произведенного с применением интенсификатора-прототипа и теми же добавками. Наблюдается также увеличение ранней прочности бетона. В возрасте 1 суток при использовании лигносульфонатов и нафталинсульфонатов (строки 1 и 4, 2 и 5 соответственно) прочность бетона на цементе, полученном с интенсификатором помола по изобретению, на 33-34% выше; при использовании добавки поликарбоксилатного типа прирост составил 27% (строки 3, 6).

Таким образом, предлагаемый интенсификатор помола цементного клинкера эффективен при помоле цементного клинкера уже при малых дозировках и совместим с основными типами пластифицирующих добавок, используемых в технологии бетона.