Суперпластифікована цементно-водяна суспензія для цементації гірських порід і будівельних конструкцій (варіанти)

1. Суперпластифікована цементно-водяна суспензія для цементації гірських порід і будівельних конструкцій, що складається з портландцементу, води, домішки - суперпластифікатора (СП), а також домішки хлористого натрію NaCl для знижених температур (5-10°С), яка відрізняється тим, що співвідношення компонентів вибирають таким, що склади здобувають властивості текучої суспензії при низькому водоцементному відношенні, рівному В/Ц=0,3-0,35, як домішку СП приймають домішку-суперпластифікатор типу SL (SL - торгова A 2 (19) 1 3 71208 4 склад якого призначають з В/Ц=10, потім консисNaCl призначають по максимуму на кривій зміни тенцію, а значить склад, змінюють у залежності від міцності цементного каменю Rцк від кількості NaCl. часу поглинання розчину свердловиною і тиску, Величина В/Ц=0,3¸0,35 чи інша в зоні перелому переходячи до більш густої консистенції, якщо кривої залежності показників в'язкості t, h и 1/РК протягом 15-хвилинного нагнітання при початковій від В/Ц, відповідає переходу цементного тесту з консистенції розчину тиск не піднімається, крім пластичного стану в текуче, виключає вільну воду того, до складу вводять суперпластифікатор 10-03 зі складу і забезпечує максимально можливу чи аналогічний по дії С-3 у кількості 0,6-0,8% від щільність і міцність цементного каменю. маси цементу, а також протиморозну добавку хлоСуперпластифікована цементо-водяна суристий натрій NaCl у кількості 0,5-2% від маси цеспензія СПЦВС для цементації гірських порід і менту у випадку ведення цементації у холодний будівельних конструкцій характеризується також час року чи при негативній температурі кладки тим, що її виго товлення здійснюється в зазначе[Технологические правила цементации кладки ному співвідношенні в такій послідовності - цемент искусственных сооружений. М: Транспорт, 1989. змішують з частиною води до однорідної маси, 38с; стр.10, п.5.2; стр.16, п.9,25; стр.9-10, п.4.4]. після чого в неї вводять і перемішують також до Недоліком цього складу є невисока проникаюоднорідної маси заздалегідь приготовлені із залича здатність складу (мінімально можлива ширина шкової кількості води розчини домішкитріщин 0,2-0,5мм [Технологические правила цемесуперпластифікатора і хлористого натрію NaCl нтации кладки искусственных сооружений. М: (в разі використання СПЦВС при понижених Транспорт, 1989. - 38с; стр.3, п.1.4]), занадто низьтемпературах). ка міцність цементного каменю з-за вкрай високого Вибір кількості суперпластифікатора СП по водоцементного відношення (початкове В/Ц=10) у формулі (1) або по графічній залежності 1/РК від складах без суперпластифікатора, відсутності еткількості СП у зоні переходу кривої ділянки в прярингіту й обумовленого цим зменшення кількості мий з мінімальними значеннями 1/РК виключає кристалогідратів серед продуктів гідратації цеменвзаємодію, що притягає, між частками цементу, ту в складах із суперпластифікатором, а також обумовлює цим високу текучість суміші, повну пенестабільна міцність і щільність цементного камептизацію цементних часток і за рахунок цього макню з-за зміни консистенції складу і його розшарусимальну проникність суміші в тріщини товщиною вання при нагнітанні. 5-50мкм (по розмірах пептизованих частинок В основу винаходу поставлена задача удоскоцементу). налення складів для цементації гірських порід і Вибір кількості NaCl по вираженню (2) чи по будівельних конструкцій, у яких досягається збімаксимуму на графічній залежності (кривої) зміни льшення їхньої міцності і водонепроникності, а міцності цементного каменю Rцк від змісту NaCl також проникаючої здібності при нагнітанні і забезпечує повне зв'язування вільних хлор-іонів ін'єктуванні. Сl-, що виключає можливість корозії сталевих часПоставлена задача вирішується таким чином, тин чи арматури в залізобетонних конструкціях, що в складі суперпластифікованої цементозбільшує і стабілізує міцність цементного каменю водяної суспензії СПЦВС, призначеної для цеменпри зниженій (до 4°С) температурі за рахунок тації гірських порід і будівельних конструкцій, що утворення кристалічних гідрохлоралюмінатів кальскладається з портландцементу, води і суперпласцію С3А·СаСl2·10Н2О замість етрингіту, що зникає тифікуючої домішки СП, а також з домішки хлорису присутності суперпластифікаторів. Крім того, того натрію NaCl для понижених температур (5вибір кількості добавок СП і NaCl по графічних 10°С), у якій співвідношення компонентів призназалежностях 1/РК від кількості СП і Rцк від кількості чають таким, що склад здобуває властивості текуNaCl, відповідно, дозволяє також використовувати чої суспензії при низькому водоцементному відв СПЦВС в оптимальній кількості будь-яку домішношенні, рівному В/Ц=0,3¸0,35, як добавку СП ку-суперпластифікатор і різні цементи, у тому чисприймають домішку-суперпластифікатор типу SL лі при неточних даних про зміст у цементі трьох(SL - торгова марка), що є модифікованим ЛСТ, кальцієвого алюмінату С 3А або при відсутності цих кількість домішок у відсотках по сухій речовині від даних. кількості цементу визначають у залежності від зміВказана у способі послідовність виготовлення сту в ньому трьохкальцієвого алюмінату С 3А по суперпластифікованої цементо-водяної суспензії вираженню СПЦВС для цементації гірських порід і будівельСП=0,25+0,43·(С3А-5)/(11-5), (1) них конструкцій, дозволяє виконувати централізоa NaСl - по вираженню вану заготівлю сухих сумішей СПЦВС, що забезNaCl=0,43С3А (2) печить точність співвідношення компонентів Крім того, у складі використовують будь-яку складу та якість цементації. домішку-суперпластифікатор СП і різні цементи, Сутність винаходу пояснюється наступними співвідношення компонентів призначають по покасхемами і графіками: зниках їхньої в'язкості t, h и 1/РК (відповідно, умоФіг.1. Залежність в'язкості h від об'ємної частвна в'язкість, динамічна в'язкість і величина, звоки дисперсної фази j для безструктурного золю ротна розпливу конуса), водоцементне (суспензії), крива I, і структурованого гелю, крива II відношення призначають по перелому на кривій [Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб. залежності в'язкості t, h від В/Ц, кількість домішки для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, СП призначають по графічній залежності 1/РК від 1984. - 368с.]. кількості СП у зоні переходу кривої ділянки в пряму з мінімальними значеннями 1/РК, а кількість 5 71208 6 Фіг.2. Експериментальна залежність умовної ІІІ на мал.1. В обох випадках цементо-водяні сисв'язкості t(с) від цементо-водяного відношення Ц/В теми є гелями. При цьому в'язкість ЦВС і їх гелеві для цементо-водяної системи ЦВС. властивості обумовлені виникненням електрогетеФіг.3. Схема утворення електрогетерогенних рогенних контактів, і відповідно притяганням, між контактів ЕГК між алюмінатними С3А и силікатнипротилежно зарядженими ділянками цементних ми C3S ділянками поверхні цементних частинок і часток (С3А з позитивно і С3S та С2S - негативно адсорбції домішки-суперпластифікатора СП на зарядженими поверхнями), Фіг.3, а. алюмінатних ділянках. Метою введення суперпластифікатора СП є Фіг.4. Залежність умовної в'язкості t(с) цемензаміна взаємодії, що притягає, між частками цемето-водяного складу (ЦВС) від водоцементного віднту на відшто вхування за рахунок адсорбції неганошення В/Ц. тивно заряджених часток СП на позитивно заряФіг.5. Залежність умовної в'язкості t(с) цеменджених поверхнях цементних часток і то-водяного складу (ЦВС) з В/Ц=0,32 від кількості перезарядження цих ділянок на негативний знак, суперпластифікатора СП. Фіг.3, б. [Плугин А.Н. Электрогетерогенные взаиФіг.6. Вплив домішки NaСl на міцність цементмодействия при твердении цементных вяжущих. // ного каменю з різних складів при температурі твеДисс. доктора химических наук - К.: ИК ХХВ, 1989. рдіння +4°С на 7-му добу. а - при стиску Rст; б - 394с]. При цьому ЦВС придбає властивості неструктурованої дисперсної системи (суспензії) з при вигині Rвг. ¾¨¾ з цементо-водяної системи високою текучістю, чи дуже низькою в'язкістю, що без добавок (ЦВС); ¾¾ із суперпластифікованої відповідає кривій ІІ на Фіг.1. цементо-водяної системи (СПЦВС) з суперпласПриклад 1 тифікатором Дофен Б (Дофен Б – торгова марка) і Обґрунтування кількості домішкиNaCl; ¾D¾ з СПЦВС із суперпластифікатором SL і суперпластифікатора. NaCl. Наготовлюють серію цементно-водяних склаФіг.7. Електронно-мікроскопічний знімок ЕМЗ дів (ЦВС) з портландцементу ПЦ 500 ОАО "Балцементного каменю (В/Ц=0,3; T=4°C; 7 діб). а цем" (С3А=5%) і води з різним В/Ц від 0,26 до 0,5. цементний камінь без домішок (ЦВС), зона етринДля кожного складу вимірюють за допомогою вісгіту; б - цементний камінь із СПЦВС (SL=0,25%; козиметра ВЗ-4 умовну в'язкість t(с) і будують заNaCl=2% від маси цементу), зона гідрохлоралюмі´ лежність між t і В/Ц (Фіг.4). Величина В/Ц, що віднату кальцію 8400. повідає перелому на кривій, дорівнює В/Ц=0,32. Фіг.8. Зміна міцності цементного каменю в часі Потім наготовлюють з того ж цементу з Т при температурі твердіння +4°С. а - при стиску В/Ц=0,32 ЦВС із різною кількістю суперпластифіRст; б - при вигині Rвг. ¾¨¾ цементний камінь з катора СП, зокрема типу С-3, (0%¸1%) від кількості ЦВС; ¾¾ цементний камінь з СПЦВС із суперпцементу. Для кожного складу вимірюють розплив ластифікатором Дофен Б; ¾D¾ цементний камінь конуса РК (см) за допомогою конуса АзНІІ і будуіз СПЦВС із суперпластифікатором SL. ють залежність між показником в'язкості цих склаФіг.9. Зміна міцності цементного каменю з дів 1/РК і кількістю суперпластифікатора СП ЦВС і СПЦВС із NaCl в часі. а - при стиску R ст; б (Фіг.5). Кількість суперпластифікатора, що відповіпри вигині Rвг. ¾¨¾ цементний камінь без домідає переходу криволінійної ділянки в лінійну з шок (ЦВС); ¾¾ цементний камінь із СПЦВС з найменшими показниками в'язкості, дорівнює суперпластифікатором Дофен Б; ¾D¾ цементний СП=0,6%. Лінійна нахилена ділянка свідчить про камінь із СПЦВС з суперпластифікатором SL. те, що при СП=0,6% і більш склад перетворився із Фіг.1, де представлені залежності в'язкості h структурованої дисперсної системи (гель із взаєдисперсних систем від об'ємної частки дисперсної модією між частками цементу) у нестр уктуровану фази j, дозволяє по виду реологічної кривої видисперсну систему (суспензію без взаємодії між значити вид дисперсної системи і характер взаєчастками цементу), чи суперпластифіковану цемемодії між частками дисперсної фази. При цьому нто-водяну суспензію СПЦВС. крива І відбиває в'язкість безструктурної дисперсПодальше збільшення кількості СП нераціонаної системи, тобто в які відсутня взаємодія між льно, тому що не приводить до істотного зменчастками дисперсної фази (золь чи суспензія), а шення показника в'язкості 1/РК і затримує початок крива ІІ - структурованої (із взаємодією, що притятужавлення СПЦВС і структуро утворення каменю гає, між частками дисперсної фази). Горизонтальз нього. на крива відображає в'язкість ньютонової рідини, у Приклад 2 даному випадку води. Обґрунтування оптимальної кількості домішки На Фіг.2 представлена залежність в'язкості h NaСl. цементо-водяної дисперсної системи від цементоНаготовлюють серію СПЦВС із того ж цементу водяного відношення, де Ц/В еквівалентно об'єм(С3А=5%) з різною кількістю домішки хлориду наному змісту дисперсної фази j. Подібність окретрію NaCl від 0 до 3%, у тому числі з мих ділянок кривої на Фіг.2 із кривими на Фіг.1 свіNaCl=0,43´5»2%. З приготовлених сумішей фордчить про те, що в міру збільшення Ц/В, чи мують по 3 зразка-балочки розміром 4´4´16см і зменшення В/Ц, ЦВС переходить поступово зі ставитримують їх при температурі 40°С на протязі 3, ну, характерного для структурованої дисперсної 7 і 28 діб. Після закінчення зазначеного терміну системи зі слабкою взаємодією (до перелому при зразки випробують на міцність при вигині, а їх Ц/В0,31) до висококонцентрованої струполовинки, що залишилися, - на стиск. Отримані ктурованої дисперсної системи із сильною взаємодією (Ц/В>3,2; В/Ц