纳米水泥及其生产方法技术

本发明专利技术涉及由改性波特兰水泥得到的纳米水泥生产方法，以及纳米水泥组分。纳米水泥生产方法包括在聚合改性剂存在的情况下对分散的波特兰水泥颗粒进行机械化学活化以形成连续纳米壳-在由钙阳离子构化的由萘磺酸钠制得的波特兰水泥颗粒上厚度为20-100nm的胶囊，所述聚合改性剂包含至少60wt％的萘磺酸钠、至少含有30wt％SiO2的硅质矿物质添加剂及石膏；在这种情况下，波特兰水泥的机械化学活化与将材料研磨至比表面积为300-900m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米水泥及其生产方法
本专利技术涉及对波特兰水泥进行改性的纳米水泥生产等水泥技术、组份及根据所提出方法生产出的纳米水泥的结构。
技术介绍
水泥和混凝土的专利技术是人类的杰出成就，其促进了地球上工业房屋、工程设施及交通公路的建设。如今，几乎所有的东西都是借助于波特兰水泥来建造：水泥的年产量突破30亿吨，混凝土的年产量突破100亿吨，并且持续快速增长：混凝土大坝和道路，码头和机场，桥梁，体育场馆，电视塔和摩天大楼，每年数十亿米的住房。中国、印度、拉美和其他发展中国家的许多新企业每年都在增加成千上万家水泥厂。*-作者使用术语“纳米水泥”的依据是：TestingProtocolNo.MTs115/1/44(PEM)，LLCMCRosnano确定的改性波特兰水泥颗粒表面上尺寸为30-100nm的纳米壳，并根据俄罗斯联邦政府于2011年7月7日颁布的第1192-R号法令将这些水泥归类为B类纳米水泥产品。全球水泥工业向以下几个方向发展：-降低燃料成本和空气中的CO2排放；-提高波特兰水泥的施工性能和技术性能。全世界大多数水泥企业使用干法和初步脱碳来生产。但是，在生产大量水泥时，即使采用先进的技术，每年也需要燃烧3亿吨以上的燃料，同时排放大量的CO2：每吨熟料达到850kg，每年将近达到25亿吨，或500亿立方米以上的气体。对波特兰水泥的施工性能和技术性能的改进已经停止，且近几十年来对其强度的改进也未有很大发展，仍停留在42，5-52，5的水平。现今，全球的水泥厂几乎在生产相同的产品，其质量取决于等级或级别，包括对施工和技术性能的一系列要求；主要特点是在养护期已硬化28天(或有变化)的混凝土测试样品的抗压和抗弯强度。但是，世界各地的企业都在追求更高级别的混凝土。世界建筑中使用的新混凝土被称为高性能混凝土(HPC)。这种混凝土的施工和技术性能明显增加了建筑者建造摩天大楼、桥梁、隧道、水坝、矿山和水下结构的可能性，同时生产高性能和超高性能的混凝土促进了改性混凝土混合物的发展：组分的优化、对填充物质量的更高要求、昂贵的化学添加剂和微硅粉的使用。目前水泥工业所面临的挑战是：(例如在俄罗斯)由于每吨水泥会消耗大量的燃料和电力，因此造成生产成本十分高昂。在俄罗斯，2011年每吨熟料的平均燃油消耗率位居世界最高行列-198，2公斤，每吨水泥的电耗为117kw/h。在2011年，当平均加入8，3％的矿物质补充剂时，每吨产品的平均成本达到2600卢布，不包括增值税和运费/1/。到2011年，俄罗斯水泥厂节能干法的份额上升到20，3％，然而，若要成功战胜国外供应商，这是不够的，国外供应商已长期使用干法，且使用多达30-35wt％的省电矿物质补充剂。许多水泥企业面临的第二个问题是：由于生产设备的劣化和原料采石场的状况不佳，工厂为了节约燃料等资源(这造成了熟料和电力的不完全消耗、细度低)，从而造成水泥质量不佳(在俄罗斯为250-300m2/kg，而不是全球的350-450m2/kg)。在俄罗斯，研磨下添加到水泥的节能矿物添加剂的体积没有增加，甚至不断减少：从2007年的10，6％减少到2011年的8，3％。这是由于两个因素：第一个是需要运送并干燥矿物添加剂(矿渣和矿灰)，第二个是俄罗斯政府对那些每年生产数亿万吨矿渣和矿灰废物的生产者的惩罚太轻：钢铁厂和CHPP继续将废物堆放在成千上万公顷的土地上(倾倒在俄罗斯的矿渣和矿灰超过800亿吨)。俄罗斯水泥行业面临的第三个关键问题是对水泥生产的需求在增长。根据去年俄罗斯政府通过的国家发展计划，经批准的2020战略计划预计每年的水泥生产量将从目前的5590万吨增加到2020年的9720万吨。因此，为了满足俄罗斯对房屋和道路建设的批准计划，需要每年增加500万吨水泥生产量。并且，在许多现有工厂的原料采石场耗尽、设备劣化及每新生产1吨水泥，新水泥厂的建设平均需要250-300USD的情况下，这个量也是必要的。许多研究都涉及了用各种无机添加剂和聚合物添加剂来细磨水泥。与此相似，存在相当多的技术方案，其意味着增加水泥颗粒和矿物质填充剂的表面，从而增强它们与用作反应介质的水的相互作用/5/。但是，所有已知的方案都面临着精细研磨材料的水消耗的急剧增加的情况，从而造成大量不良事件，导致这种使用矿物质和聚合物添加剂的水泥组分的施工性能、技术性能和操作性能出现劣化。也有包含两个阶段的低水粘合材料的制造方法：第一阶段是将波特兰水泥熟料、石膏和一部分矿物质添加剂组成的初始混合物研磨到比表面积为250-350m2/kg，第二阶段是将所得材料与增塑剂、缓凝剂和剩余矿物质添加剂再研磨至比表面积为450-600m2/kg(例如，参见USSR专利技术证书No.1658584,cl.C04B7/52,1988)。该方法使得在研磨粘合材料期间的能量消耗降低而强度保持不变。但是，所述两阶段研磨和多组分水泥组合物的复杂性不能提供始终如一的产品质量。所述方法的原型是与用矿物质添加剂的水泥生产有关的技术，包括：将包含波特兰水泥熟料、石膏、强塑剂S-3和硅质矿物质补充剂的混合物研磨至比表面积为400-600m2/kg，所述硅质矿物质补充剂在所述组分中的含量为5-28wt％，然后加入硅石添加剂，其量为水泥重量的30-70％，最后将混合物研磨至比表面积为300-390m2/kg(参见俄罗斯专利No.2371402,CL.C04B7/12,2007)。在这种情况下，细石英砂、硅石粘土、高炉矿渣、以及CHPP灰用作硅质添加剂。这种方法的缺点是需要实施两阶段水泥研磨，水泥石的抗弯强度较低，比表面积为300-390m2/kg。迄今为止，还未发现细水泥的各种组分(包括低水粘合材料)在俄罗斯和其他国家的水泥工业中有广泛的应用。国外和俄罗斯研究人员正尝试获得用于高强度混凝土的活性水泥。例如，存在由Dyckerhoff(德国)研制的超精细组分NanodurCEMII/B-S52，5R水泥，不需要添加微硅粉，由波特兰水泥熟料和粒状高炉矿渣即可获得(参见ConcretePlantjournal,2009,No.9.pp.4-11)。其为具有特殊性质的优质水泥，满足了强度形成及抵制恶劣环境的要求。但是，这种水泥需要大量的消耗(每立方米混凝土超过600kg)和特殊的添加剂以获得混凝土。俄罗斯也研制了水泥的组分和低水粘合材料，包括细磨的波特兰水泥熟料、硫酸钙品种、矿物质和聚合物添加剂(例如，参见V.G.Batrakov的书籍“ModifiedConcrete”，Moscow,Technoprojekt,1998,pp.593-622)。所要求保护的水泥组分的原型如下所示：包括波特兰水泥熟料(9-97wt％)、硫酸钙品种(2-7wt％)、有机脱水剂(0，085-4，0wt％)、活性矿物质添加剂和/或填充剂(水泥重量的5-65％)、研磨至比表面积为400-700m2/kg的硬化加速剂(水泥/加速剂比例为1000:1至100:1)(参见USSR专利技术证书No.2254668,cl.CO4B7/354,1976)。在这种情况下，波特兰水泥熟料包含以下尺寸的四种组分的颗粒：组分I-0，05-10，0μm，含量为15，3-34，3wt％；组分II-10，01-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产纳米水泥的方法，包括在聚合改性剂存在的情况下对分散的波特兰水泥颗粒进行机械化学活化以形成连续纳米壳，也就是，在由钙阳离子构化的由萘磺酸钠制得的波特兰水泥颗粒上厚度为20‑100nm的胶囊，所述聚合改性剂包含至少60wt％的萘磺酸钠、至少含有30wt％SiO2的硅质矿物质添加剂及石膏；在这种情况下，波特兰水泥的机械化学活化与将材料研磨至比表面积为300‑900m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.18 RU 20131116511.一种生产纳米水泥的方法，包括在聚合改性剂存在的情况下对分散的波特兰水泥颗粒进行机械化学活化以形成连续纳米壳，也就是，在由钙阳离子构化的由萘磺酸钠制得的波特兰水泥颗粒上厚度为20-100nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·耶诺维奇·毕克巴，
申请(专利权)人：马塞尔·耶诺维奇·毕克巴，乌里杨娜·马塞尔维纳·毕克巴，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU