制造具有電傳導和光導性能的硅酸鹽水泥的方法

專利名稱：制造具有電傳導和光導性能的硅酸鹽水泥的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水泥及其制造方法，所述水泥涉及具有將其與本 領域狀態(tài)中目前存在的水泥顯著區(qū)分開的光和電性能的水泥。
發(fā)明現有技術
硅酸鹽水泥對應于特定類型的水泥，其強度性能是由于其組成和
制造工藝或方法。因此，用于硅酸鹽水泥的方法和組成如下
將粘土和石灰石材料粉碎、混合并碾碎成細粉末。該混合物的組 成必須在窄界限內保持穩(wěn)定，因為與最佳點的任何距離會導致品質喪 失?？筛稍锏?干法)或用水(濕法)進行混合和研磨。在任何情形 中，無論何種制備方法，對混合物必不可少的是具有合適的配料，所 述混合物在進入窯爐之前必須經最終碾碎和徹底混合。
然后將所述混合物送至回轉窯，在該回轉窯中將其緩慢加熱至熔 結(clinkerisation)點。在達到該點之前逐出水和二氧化碳。在接近 最熱的溫度時，生混合物組分之間發(fā)生化學反應。在這些反應期間形 成新化合物，它們中的一些熔化，從而使裝填物部分熔化。然后使熟 料落在多個冷卻器之一上或熟料堆上進行冷卻，有時借助于水噴射。 當冷卻時，將其與仔細計算過的量的燒制石骨或生石骨混合并碾碎直 到其為細粉末為止，該粉末為目前的商業(yè)硅酸鹽水泥。
將少量石青或硫酸鈣加入到最終研磨操作中以控制凝固溫度和防 止假凝。然而，如果石骨的量沒有得到正確監(jiān)測，粉碎巖石混合物的 規(guī)定的比例的細小變化可足以徹底改變混合物的特性或水泥性能。
以這種方式所得的水泥在其硬化時具有類似于巖石的特性并且表 現得如同不允許光從中透過的高密度非傳導性固體，以及具有類似于 巖石的高容重和機械行為。
出于抑制這些和其它缺點的目的，開發(fā)了允許制造這樣類型混凝 土的硅酸鹽水泥制造方法，所迷混凝土在凝固時允許光透過，換言之 是半透明的和/或改善其電性能以將其轉變成導電體，以及通過向研磨 過程中添加合適添加劑提高所述混凝土的機械特性，這些是本發(fā)明的 目的。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是公開用于制造硅酸鹽水泥的組成和方法，該硅酸 鹽水泥的新特性是允許光從中透過的那些特性，換言之，是半透明的。
第二目的是描述與已知水泥相比具有改善的電傳導性能的硅酸鹽 水泥的組成和制造方法。
最后，本發(fā)明的第三目的是提供除具有高機械強度和長使用壽命 外還具有半透明和/或微弱電流傳導性能的硅酸鹽水泥的組成和制造 方法。
發(fā)明描迷
一般而言，可使用所有類型的材料來制造硅酸鹽水泥，所述材料 在被煅燒時提供所需化學組成。然而，考慮到經濟，這些材料的數量 是有限的。
適宜的石灰石材料是石青水泥巖、白堊、泥灰?guī)r、海貝殼和來 自堿生產的廢物。
已發(fā)現一些組分在水泥中是有害的并且這更進一步限制適宜的石 膏和泥灰?guī)r等。
石膏和其它富含碳酸鎂的鈣質物質是不適宜的，因為認為超過5% 的量在硅酸鹽水泥中是有害的并且在正常規(guī)格中是不允許的。白堊或 黃鐵礦的紋理可以表示硫酸鹽含量是過量的。白堊有時包含必須除去 的燧石結核并且泥灰?guī)r可包含過量的硅質砂。
純石青是硬的并且在研磨期間需要大量能量。然而，發(fā)現如果將 其與板巖混合，則其較軟。在Lehigh Valley發(fā)現的極其豐富的水泥巖是包含這樣量的粘土材料的石骨，該量使得不再必須或不必使用用 富含或貧含石灰的巖石制成的混合物。
量的小貝殼。在Michigan， USA和在Norfolk, Virginia (也在USA ) 開釆到明顯形成的泥灰?guī)r和海貝殼。在Texas和Redwood California, USA,有成功使用來自形成(form)古牡蠣層的石灰石材料的水泥廠。 在Loui s iana, USA并且在UK和Europe的其余地方大范圍地使用白堊。
在Michigan USA,作為來自Le Blanc工藝中苛性鈉制造的廢產 品所獲得的沉積碳酸鉤已用于硅酸鹽水泥生產。
可使用下面的材料來制造硅酸鹽水泥粘土、板巖、片巖、高爐 爐渣、粉煤灰和水泥巖。
進行材料混合的第 一 步驟應在采石場使用蒸汽4產進行， 一伊粘土 和兩妒石頭，或者兩貨車裝載量的一種巖石和三貨車裝栽量的其它物 質。然后使巖石通過一組粉碎機并將其轉變成礫石。
然后將混合物送至回轉窯，在回轉窯中將其緩慢加熱至1，450攝 氏度直至熔結點。在達到該點之前逐出水和二氧化碳。在接近最高溫 度時，生混合物組分之間發(fā)生化學反應。在這些反應期間形成新化合 物，它們中的一些熔化，從而使裝填物部分熔化。
然后使熟料落在多個冷卻器之一上或熟料堆上進行冷卻。
如果混合物按所示制得，則通過持續(xù)監(jiān)測其石灰含量，在將粘土 或石膏加入研磨機時可對它們的量進行各種修改，如果這些修改對于 維持約恒定的組成是必需的。然而，如果發(fā)現罐內粉碎的巖石具有較 高或較低的石灰含量，則將兩罐或多罐的內含物進行混合使得混合物 比例盡可能接近合適的組成。
可通過使用空氣環(huán)流的密閉冷卻器產生熟料冷卻，其中使用熟料 冷卻空氣作為二次甚至一次窯爐燃燒。這允許巻的經濟性(economy in furl )以及較好的熟料煅燒，立即在研磨或增強研磨中使用熟料，和 水泥中較好的強度值及和體積穩(wěn)定性。
當將熟料送至研磨機時，將其與仔細計算過的量的由生石骨
(CaS0" 2H20)或經焙燒的石骨(CaS04. 1/2H20 )構成的緩凝劑 (retardant)混合，因為若不這樣，在將水泥與水混合形成混凝土時， 其會凝固過快。生石青或經焙燒的石青的量受混合物中氧化鋁含量的 限制。將熟料與生石青或經焙燒的石骨的混合物碾碎成具有對于各種 類型水泥所規(guī)定的表面積，因為將其碾碎得越細，水泥將使其強度增 長得越快。
是在該工藝階段將玻璃粉末與環(huán)氧樹脂和/或煤屑型 (breeze-type)碳加入到熟料中，若組合物的氧化鎂含量不大于5%。 這些粉末的顆粒尺寸必需在直徑上小于1毫米。使用的玻璃粉末的量 應為生石膏和經焙燒的石骨的總重量的5%。
環(huán)氧樹脂塊的含量在整個研磨過程中必需得到仔細控制和監(jiān)測， 并且應在熟料已被冷卻且溫度不超過75攝氏度時加入。樹脂含量應為 熟料重量的30%-54%，最佳值為46%。
在該研磨中使用的樹脂顆粒尺寸應為至少55%具有大于20毫米的 直徑和最多45%具有小于15毫米的直徑。
對于這些材料(樹脂和熟料)還重要的是細微粉碎和均勻混合， 因為如果它們不是這樣，則總體中反應將不是均勻的。 一個區(qū)域的樹 脂顆?？杀煌弦返镁嚯x具有酸性組分的另 一 區(qū)域很遠，以致于它們保 持游離樹脂形式。
在研磨操作期間，研磨機中的溫度不應超過75攝氏度以便防止樹 脂和熟料組分之間的任何反應。
煤屑型焦炭的含量在整個研磨過程中必需得到仔細控制和監(jiān)測， 并且應在熟料已被冷卻且溫度不超過55攝氏度時加入。碳含量應為熟 料重量的37%-49%，最佳值為42. 7%。
該研磨操作中使用的焦炭的顆粒尺寸應為至少45%的焦炭具有超 過12毫米的直徑和55%的焦炭具有小于7毫米的直徑。對于這些材料 (樹脂和熟料)還重要的是細微粉碎和均勻混合，因為如果它們不是 這樣，則總體中反應將不是均勻的。 一個區(qū)域的焦炭顆?？杀煌弦返?距離具有酸性組分的另 一 區(qū)域很遠，以致于它們保持游離焦炭形式。
研磨處理必需確保3， 450-3， 850cm7g的細度，該細度應該用通過 100或200號篩(分別為0. 147和0. 074毫米的自由網孔跨距)的材 料的量進行監(jiān)測。在水泥不具有所述細度的情形中，則必須開始新的 研磨階段直到獲得確立的值為止。
一旦由研磨處理碾碎并同時仍是暖熱的，應將其貯存在筒倉中至
少3天，但不大于6天，使得少量在煅燒處理期間沒有結合的石灰可通
過與空氣中的水和二氧化碳反應水化和碳酸鹽化，并且因此失去由這 些保持不與石灰結合的顆粒所產生的膨脹。
權利要求
已經描述了本發(fā)明，我們認為是新穎的，因此，我們要求下面權利要求的內容1.制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥的方法，該方法包括以下步驟在采石場內使用蒸汽鏟進行原料混合，一鏟粘土和兩鏟石頭，或者兩貨車裝載量的水泥巖和三貨車裝載量的其它物質，然后使巖石通過一組粉碎機并將其轉變成礫石；然后將混合物送至回轉窯，在回轉窯中將其緩慢加熱至1,450攝氏度一直到熔結點；將熟料送至多個冷卻器之一；加入一定量的粘土或石膏；將混合物傾倒到研磨機中；在具有空氣環(huán)流的密閉冷卻器中冷卻熟料；將熟料送至研磨機，并將其與仔細計算過的量的緩凝劑例如生石膏(CaSO4.2H2O)或經焙燒的石膏(CaSO4.1/2H2O)混合；將熟料與生石膏或經焙燒的石膏的混合物碾碎成具有對于各種類型水泥所規(guī)定的表面積，因為將其碾碎得越細，水泥將使其強度增長得越快；將玻璃粉末及環(huán)氧樹脂和/或煤屑型碳與生石膏和經焙燒的石膏一起加入到熟料中；繼續(xù)研磨以獲得3,450-3,850cm2/g的細度，該細度應該用通過100或200號篩(分別為0.147和0.074毫米的自由網孔跨距)的材料的百分數進行監(jiān)測；應將其貯存在筒倉中至少3天，但不大于6天。
1. 制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥的方法，該方法包括以 下步驟在釆石場內使用蒸汽伊進行原料混合，一4產粘土和兩伊石頭，或者 兩貨車裝載量的水泥巖和三貨車裝載量的其它物質，然后使巖石通過一 組粉碎機并將其轉變成礫石；然后將混合物送至回轉窯，在回轉窯中將其緩慢加熱至1， 450攝氏 度一直到熔結點；將熟料送至多個冷卻器之一；加入一定量的粘土或石骨；將混合物傾倒到研磨機中；在具有空氣環(huán)流的密閉冷卻器中冷卻熟料；將熟料送至研磨機，并將其與仔細計算過的量的緩凝劑例如生石骨 (CaS04. 2H20)或經焙燒的石骨(CaS0" 1/2H20)混合；將熟料與生石骨或經焙燒的石骨的混合物碾碎成具有對于各種類型水泥所規(guī)定的表面積，因為將其碾碎得越細，水泥將使其強度增長得 越快；將玻璃粉末及環(huán)氧樹脂和/或煤屑型碳與生石骨和經焙燒的石骨一 起加入到熟料中；繼續(xù)研磨以獲得3, 450-3， 850cm7g的細度，該細度應該用通過100 或200號篩(分別為0. 147和0. 074毫米的自由網孔跨距)的材料的百 分數進行監(jiān)測；應將其貯存在筒倉中至少3天，但不大于6天。
2. 制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥的方法，該方法包括以 下步驟在采石場內使用蒸汽4產進行原料混合， 一妒粘土和兩妒石頭，或者兩貨車裝載量的水泥巖和三貨車裝栽量的其它物質，然后使巖石通過一 組粉碎機并將其轉變成礫石；然后將混合物送至回轉窯，在回轉窯中將其緩慢加熱至1， 450攝氏 度一直到熔結點；將熟料送至多個冷卻器之一；加入一定量的粘土或石骨；將混合物傾倒到研磨機中；在具有空氣環(huán)流的密閉冷卻器中冷卻熟料；將熟料送至研磨機，并將其與仔細稱量過的量的緩凝劑例如生石赍 (CaSO"2H20)或經焙燒的石骨(CaS04. 1/2H20)混合；將熟料與生石青或經焙燒的石骨的混合物碾碎成具有對于各種類 型水泥所規(guī)定的表面積，因為將其碾碎得越細，水泥將使其強度增長得 越快；將玻璃粉末及環(huán)氧樹脂和/或煤屑型碳與生石骨和經焙燒的石骨一 起加入到熟料中；繼續(xù)研磨以獲得大于3， 450 cm7g的細度，該細度應該用通過100 或200號篩(分別為0. 147和0. 074毫米的自由網孔跨距)的材料的百 分數進行監(jiān)測；應將其貯存在筒倉中至少3天，但不大于6天。
3.制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥的方法，該方法包括以 下步驟在采石場內使用蒸汽妒進行原料混合，一4產粘土和兩伊石頭，或者 兩貨車裝栽量的水泥巖和三貨車裝載量的其它物質，然后使巖石通過一 組粉碎機并將其轉變成礫石；然后將混合物送至回轉窯，在回轉窯中將其緩慢加熱至1,450攝氏 度一直到熔結點；將熟料送至多個冷卻器之一；加入一定量的粘土或石骨； 將混合物傾倒到研磨;f幾中； 在具有空氣環(huán)流的密閉冷卻器中冷卻熟料；將熟料送至研磨機，并將其與仔細稱量過的量的緩凝劑例如生石骨 (CaS04.2H20)或經焙燒的石青(CaS0" 1/2H20)混合；將熟料與生石膏或經焙燒的石骨的混合物碾碎成具有對于各種類 型水泥所規(guī)定的表面積，因為將其碾碎得越細，水泥將使其強度增長得 越快；將煤屑型碳與生石骨和經焙燒的石青一起加入到熟料中； 繼續(xù)研磨以獲得大于3， 450 cm7g的細度，該細度應該用通過100或200號篩(分別為0. 147和0. 074毫米的自由網孔跨距)的材料的百分數進行監(jiān)測；應將其貯存在筒倉中至少3天，但不大于6天。
4. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中玻璃粉末由市場上存在的那些構成，其組成包含最大5°/。 的氧化鎂含量。
5. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中玻璃粉末顆粒尺寸在直徑上小于1毫米。
6. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中使用的玻璃粉末的量應為生石骨和經焙燒的石青的總重量的5%。
7. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中環(huán)氧樹脂塊的含量為熟料重量的30°/。-54%，最佳為46%。
8. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中環(huán)氧樹脂塊在熟料已被冷卻且溫度不超過75攝氏度時加 入。
9. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中該研磨中使用的樹脂顆粒尺寸應為至少55%具有大于20 毫米的直徑和最多45%具有小于15毫米的直徑。
10. 根據權利要求1或3的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中煤屑型焦炭含量應為熟料重量的37%-49%，最佳為42.7%。
11. 根據權利要求1或3的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中煤屑型焦炭在熟料已被冷卻且溫度不超過55攝氏度時加 入。
12. 根據權利要求1或2的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥 的方法，其中該研磨操作中使用的焦炭的顆粒尺寸應為至少45%的焦炭 具有大于12毫米的直徑和55%的焦炭具有小于7毫米的直徑。
13. 根據權利要求1的制造具有光和電傳導性能的硅酸鹽水泥的 方法，其特征在于所得水泥具有優(yōu)于3，450 cm7g的細度。
14. 根據權利要求1或2中所要求的工序獲得的硅酸鹽水泥，其特 征在于其在凝固時是半透明的。
15. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，特征在于在其凝固且沒有任 何添加劑時表現出75 MPa和最大25Q MPa的才幾械強度。
16. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，特征在于其允許減少為獲得 頭見定的力"K'混妙'(tempering)所需的7K。
17. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，其特征在于一旦將其水化， 其在48小時內獲得其最終強度的70%。
18. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，其特征在于維持不透明玻璃 表面外觀。
19. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，其特征在于其允許鋼筋和鋼 筋混凝土中 一起發(fā)現的任何材料的陰極保護。
20. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，其特征在于在正常使用條件 下維持高至70年的有效使用壽命。
21. 根據權利要求14的硅酸鹽水泥，其特征在于其是高度抗硫酸 鹽的。
22. 根據權利要求1或3中所要求的工序獲得的硅酸鹽水泥，其特 征在于其甚至在其凝固之前允許電傳導。
23. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于其具有超過3,450 cm2/g的細度。
24. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于其允許鋼筋和鋼 筋混凝土中 一起發(fā)現的任何材料的陰極保護。
25. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于在正常使用條件 下維持高至70年的有效使用壽命。
26. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于其是適度抗硫酸鹽的。
27. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于其允許減少為獲 得規(guī)定的加水混砂所需的水。
28. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于在其凝固且沒有 任何添加劑時其表現出26 MPa和最大65 MPa的機械強度。
29. 根據權利要求22的硅酸鹽水泥，其特征在于一旦將其水化，其 在40小時內獲得其最終強度的60%。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產導電和/或半透明的硅酸鹽水泥的方法，所述硅酸鹽水泥具有高的抗硫酸鹽性并其在正常使用條件下具有高至70年的使用壽命。本發(fā)明的水泥一旦凝固，光可從中透過。在48小時凝固中達到最終水泥抗性的至多70％。本發(fā)明的生產方法的特征在于其產生大于3450cm²/g的細度并且在于在凝固時混凝土具有75MPa-250MPa的機械強度，無需添加任何添加劑，因此使得能夠減少為獲得確定混凝土塌落度所需的水。
文檔編號C04B7/04GK101341106SQ200680048046
公開日2009年1月7日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權日2005年11月11日
發(fā)明者J·索薩古鐵雷斯, S·O·加爾瓦卡扎雷斯 申請人:透明混凝土有限責任公司