[發明專利]納米水泥及其生產方法

在審

• 申請號: 201380067512.3
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN107241905A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 馬塞爾·耶諾維奇·畢克巴
• 申請（專利權）人: 馬塞爾·耶諾維奇·畢克巴;烏里楊娜·馬塞爾維納·畢克巴
• 主分類號: C04B7/12
• 分類號: C04B7/12;C04B7/52;B82B1/00;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所44275
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及對波特蘭水泥進行改性的納米水泥生產等水泥技術、組份及根據所提出方法生產出的納米水泥的結構。

背景技術

水泥和混凝土的發明是人類的杰出成就，其促進了地球上工業房屋、工程設施及交通公路的建設。如今，幾乎所有的東西都是借助于波特蘭水泥來建造：水泥的年產量突破30億噸，混凝土的年產量突破100億噸，并且持續快速增長：混凝土大壩和道路，碼頭和機場，橋梁，體育場館，電視塔和摩天大樓，每年數十億米的住房。

中國、印度、拉美和其他發展中國家的許多新企業每年都在增加成千上萬家水泥廠。

*-作者使用術語“納米水泥”的依據是：Testing Protocol No.MTs 115/1/44(PEM)，LLC MC Rosnano確定的改性波特蘭水泥顆粒表面上尺寸為30-100nm的納米殼，并根據俄羅斯聯邦政府于2011年7月7日頒布的第1192-R號法令將這些水泥歸類為B類納米水泥產品。

全球水泥工業向以下幾個方向發展：

-降低燃料成本和空氣中的CO₂排放；

-提高波特蘭水泥的施工性能和技術性能。

全世界大多數水泥企業使用干法和初步脫碳來生產。但是，在生產大量水泥時，即使采用先進的技術，每年也需要燃燒3億噸以上的燃料，同時排放大量的CO₂：每噸熟料達到850kg，每年將近達到25億噸，或500億立方米以上的氣體。

對波特蘭水泥的施工性能和技術性能的改進已經停止，且近幾十年來對其強度的改進也未有很大發展，仍停留在42，5-52，5的水平。現今，全球的水泥廠幾乎在生產相同的產品，其質量取決于等級或級別，包括對施工和技術性 能的一系列要求；主要特點是在養護期已硬化28天(或有變化)的混凝土測試樣品的抗壓和抗彎強度。

但是，世界各地的企業都在追求更高級別的混凝土。世界建筑中使用的新混凝土被稱為高性能混凝土(HPC)。這種混凝土的施工和技術性能明顯增加了建筑者建造摩天大樓、橋梁、隧道、水壩、礦山和水下結構的可能性，同時生產高性能和超高性能的混凝土促進了改性混凝土混合物的發展：組分的優化、對填充物質量的更高要求、昂貴的化學添加劑和微硅粉的使用。

目前水泥工業所面臨的挑戰是：(例如在俄羅斯)由于每噸水泥會消耗大量的燃料和電力，因此造成生產成本十分高昂。在俄羅斯，2011年每噸熟料的平均燃油消耗率位居世界最高行列-198，2公斤，每噸水泥的電耗為117kw/h。在2011年，當平均加入8，3％的礦物質補充劑時，每噸產品的平均成本達到2600盧布，不包括增值稅和運費/1/。到2011年，俄羅斯水泥廠節能干法的份額上升到20，3％，然而，若要成功戰勝國外供應商，這是不夠的，國外供應商已長期使用干法，且使用多達30-35wt％的省電礦物質補充劑。

許多水泥企業面臨的第二個問題是：由于生產設備的劣化和原料采石場的狀況不佳，工廠為了節約燃料等資源(這造成了熟料和電力的不完全消耗、細度低)，從而造成水泥質量不佳(在俄羅斯為250-300m²/kg，而不是全球的350-450m²/kg)。在俄羅斯，研磨下添加到水泥的節能礦物添加劑的體積沒有增加，甚至不斷減少：從2007年的10，6％減少到2011年的8，3％。這是由于兩個因素：第一個是需要運送并干燥礦物添加劑(礦渣和礦灰)，第二個是俄羅斯政府對那些每年生產數億萬噸礦渣和礦灰廢物的生產者的懲罰太輕：鋼鐵廠和CHPP繼續將廢物堆放在成千上萬公頃的土地上(傾倒在俄羅斯的礦渣和礦灰超過800億噸)。

俄羅斯水泥行業面臨的第三個關鍵問題是對水泥生產的需求在增長。根據去年俄羅斯政府通過的國家發展計劃，經批準的2020戰略計劃預計每年的水泥生產量將從目前的5590萬噸增加到2020年的9720萬噸。因此，為了滿足俄羅斯對房屋和道路建設的批準計劃，需要每年增加500萬噸水泥生產量。并且，在許多現有工廠的原料采石場耗盡、設備劣化及每新生產1噸水泥，新水泥廠 的建設平均需要250-300USD的情況下，這個量也是必要的。

許多研究都涉及了用各種無機添加劑和聚合物添加劑來細磨水泥。與此相似，存在相當多的技術方案，其意味著增加水泥顆粒和礦物質填充劑的表面，從而增強它們與用作反應介質的水的相互作用/5/。但是，所有已知的方案都面臨著精細研磨材料的水消耗的急劇增加的情況，從而造成大量不良事件，導致這種使用礦物質和聚合物添加劑的水泥組分的施工性能、技術性能和操作性能出現劣化。