Пластифікований лужний цемент для бетонів і будівельних розчинів

Реферат: Пластифікований лужний цемент для бетонів і будівельних розчинів включає гідрофобізуючу поверхнево-активну речовину, водоредукуючу поверхнево-активну речовину, сполуки лужних металів, алюмосилікатний компонент та багатоатомний спирт. UA 82216 U (12) UA 82216 U UA 82216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до виробництва будівельних матеріалів, а саме виробництво цементу, виробництво бетонних/розчинових сумішей готових до використання, виробництво сухих видів сумішей для мурування, виробництво інших будівельних виробів з бетону. Зокрема, використання даного цементу є доцільним для виробництва товарних лужних бетонних і розчинових сумішей з керованими показниками консистенції і її дотриманості протягом заданого проміжку часу (життєздатністю). Рівень техніки - серед аналогів корисної моделі можна вважати пластифіковані лужні цементи. Відомими є пластифіковані лужні цементи із водоредукуючими добавками у вигляді лужних лігносульфонатів (або їх аналогів за дією) у кількості не більше 1 %, а також із метою інтенсифікації помелу цементу та збереження його властивостей у часі - гідрофобізуючих поверхнево-активних речовин (ПАР) у кількості не більше 0,1 % [1]. Недоліком цих цементів є недостатній рівень пластифікації лужних бетонних і розчинових сумішей і дотриманості їх консистенції на необхідному рівні протягом заданого часу, що спричинено природою лужних лігносульфонатів або їх аналогів за дією. Відомим є також лужний цемент, що вміщує 65 % доменного гранульованого шлаку, 25 % золи-винесення, 10 % гашеного вапна і пластифікований багатоатомним спиртом у вигляді сорбітолу [2]. Недоліком цього цементу є обмеженість композиційного складу щодо алюмосилікатних компонентів і необхідність використання лише водного розчину гідроксиду натрію в якості лужного компоненту. Найбільш близьким за складом прототипом до корисної моделі, що пропонується, є пластифікований шлаколужний цемент [3], який включає наступні компоненти, мас. %: лігносульфонат натрію 0,45-0,7 % ГКЖ-94 (136-41) 0,03-0,05 % кальцинована сода (Na2CO3) 4,0-4,5 % доменний гранульований шлак решта. Цей цемент призначений для отримання бетонних сумішей з регульованими консистенцією та життєздатністю, в який з метою поступового збільшення концентрації розчину лужного компоненту у воді замішування додають комплексну добавку, що складається із двох компонентів - гідрофобізуючу ПАР у вигляді полігідросилоксанів і луговмісну гідрофілізуючу ПАР у вигляді лігносульфонатів натрію, що проявляють синергетичний ефект дії. Недоліком цієї комплексної добавки є недостатній рівень пластифікації цементу, що негативно вливає на консистенцію бетонних/розчинових сумішей, на дотриманість їх консистенції в часі та/або зменшує міцність бетонів і будівельних розчинів, потребує збільшення питомої поверхні алюмосилікатного компоненту цементу та/або підвищення витрати лужного компоненту для забезпечення рівних значень міцності. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності пластифікації лужних цементів в бетонних/розчинових сумішах і подовження періоду дотриманості їх консистенції. Технічним результатом є покращення технологічних властивостей (консистенції і її дотриманості) лужних бетонних і розчинових сумішей та будівельно-технічних властивостей (міцності) лужних бетонів і будівельних розчинів. Спільними з прототипом ознаками є включення до складу лужного цементу комплексної добавки, що вміщує в тому числі гідрофобізуючу ПАР, наприклад, у вигляді полігідросилоксанів і може включати водоредукуючу ПАР, наприклад, у вигляді лужних лігносульфонатів. Крім того, пластифіковані комплексними добавками лужні цементи мають однакове функціональне призначення. Відмінними від прототипу ознаками є введення до складу комплексної добавки компоненту у вигляді багатоатомного спирту. Основні принципи, що закладені в основу виробництва пластифікованого лужного цементу, полягають у помелі алюмосилікатного компоненту (компонентів) і гомогенізації продукту (продуктів) помелу з сполуками лужних металів і компонентами комплексної добавки. Задача вирішується шляхом створення пластифікованого лужного цементу, який має наступний склад в співвідношенні компонентів, мас. %: багатоатомний спирт 0,01-5,0 водоредукуюча ПАР 0,01-1,0 гідрофобізуюча ПАР 0,03-0,1 сполуки лужних металів 1,5-12 алюмосилікатний компонент (компоненти) 100. 1 UA 82216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Нижче приведений опис та характеристики сировинних компонентів, що використовуються у сировинній суміші. В ролі алюмосилікатних компонентів можуть застосовуватись: 1) гранульовані шлаки доменні згідно з ГОСТ 3476; допускається застосовувати негранульовані доменні шлаки, гранульовані шлаки інших виробництв (кольорової металургії, марганцевих феросплавів, синтетичні або природні стекла) за наявності відповідних нормативних документів на них та після безпосереднього випробування їх у цементі; 2) портландцементний клінкер, хімічний склад якого відповідає технологічному регламенту, застосовується згідно з нормативними документами, чинними в Україні [4]; 3) зола-винесення та пуцолани природні (базальт) згідно з ДСТУ Б В.2.7-128. В ролі сполук лужних металів можуть застосовуватись: 1) сода кальцинована технічна згідно з ГОСТ 5100; 2) сода кальцинована технічна з нефелінової сировини згідно з ГОСТ 10689; 3) калій вуглекислий технічний (поташ) згідно з ГОСТ 10690; 4) силікат натрію розчинний згідно з ГОСТ 13078; 5) калію гідрат окису технічний згідно з ГОСТ 9285; 6) натрій їдкий технічний згідно з ГОСТ 2663; 7) натрію метасилікат згідно з нормативними документами, чинними в Україні. 8) відходи виробництв, що вміщують сполуки лужних металів, після безпосереднього випробування їх в цементі, бетоні, в тому числі і на морозостійкість, і подальшої розробки технічних умов на них. Співвідношення між алюмосилікатними компонентами в залежності від типу лужного цементу повинно відповідати вимогам ДСТУ Б В.2.7-181:2009. Як гідрофобізуючу ПАР можуть застосовуватись добавки 136-41 (колишня ГКЖ-94) згідно з ГОСТ 10834 або 136-157М (колишня ГКЖ-94М) згідно з ТУ 6-02-694. Як водоредукуючу ПАР можуть застосовуватись хімічні добавки, що відповідають нормативним документам, чинним в Україні, і відносяться до добавок пластифікуючої групи згідно ДСТУ Б В.2.7-181:2008. Якість багатоатомного спирту має відповідати нормативним документам, чинним в Україні. Технологічний процес виробництва пластифікованого лужного цементу передбачає сушку, роздільний або сумісний помел алюмосилікатних компонентів з гідрофобізуючим компонентом 2 комплексної добавки в тонкомелений продукт з питомою поверхнею не менше 450 м /кг (за приладом Блейна) і подальше змішування продукту (продуктів) помелу з сполуками лужних металів (як в сухому вигляді, так і у вигляді водного розчину) і компонентами комплексної добавки, які залишились. Багатоатомні спирти внаслідок взаємного впливу атомів є сильнішими кислотами, ніж одноатомні спирти, і утворюють солі (алкоголяти) не тільки в реакціях з активними (лужними і лужноземельними) металами, але і під дією їх гідроксидів. Формування гідроксидів лужних металів відбувається в результаті катіонного обміну з гідроксидом кальцію в водному середовищі. В присутності вільного Са(ОН)2 в гідратаційному середовищі відбувається формування відповідних алкоголятів кальцію. Сформовані алкоголяти будуть проявляти властивості поверхнево-активної речовини (ПАР) і адсорбуватися на поверхні часток алюмосилікатного компоненту, забезпечуючи пластифікуючий ефект дії і до певної межі сповільнюючи швидкість гідратації лужного цементу. Поверхнева активність багатоатомних спиртів і їх відповідних алкоголятів пояснюється дифільною будовою їх молекул, що є характерною ознакою ПАР - вміщують водночас гідрофільні (полярні) і гідрофобні (ліпофільні) атомні групи. Як гідрофільні можуть виступати функціональні групи спиртів (ОН ) і їх алкоголятів (МеО ). Гідрофобні групи представлені вуглеводневими радикалами спиртів. Полярні групи адсорбуються на поверхні часток алюмосилікатного компоненту, а гідрофобні групи з полярними гідрофільними групами на кінці виступають назовні з часток алюмосилікатного компоненту. Гідрофільні верхівки ланцюжків молекул ПАР знижують поверхневий натяг води, а адсорбція ПАР на поверхні часток цементу веде до електростатичного відштовхування останніх (диспергації) за рахунок зниження дзета-потенціалу при акумуляції заряду (від'ємних значень) на частках цементу. З плином гідратації електростатичний заряд часток зменшується і відбувається агломерація продуктів гідратації. Результати випробувань цементів, проведені в рівнозначних умовах, наведені в табл. 1. 2 UA 82216 U 5 10 15 Як алюмосилікатний компонент лужного цементу типу ЛЦЕМ І використано доменний гранульований шлак виробництва ВАТ "ММК ім. Ілліча", хімічний склад якого наведено в таблиці 2. Як лужний компонент цементу використано соду кальциновану технічну в кількості 4,5 % від маси алюмосилікатного компоненту. Як гідрофобізуюча ПАР застосована добавка 136-41 згідно з ГОСТ 10834. Як водоредукуюча ПАР застосовано лігносульфонат натрію (CAS No.8061-51-6). Як багатоатомні спирти застосовано: 6-атомний спирт сорбітол (С6Н14O6) згідно з ТУ 64-51789, 3-атомний спирт гліцерин (С3Н8О3) згідно з ГОСТ 6824, 2-атомний спирт етиленгліколь (С2Н6О2) згідно з ГОСТ 19710. Як заповнювач для випробувань цементно-піщаних розчинів використовували пісок, що відповідав вимогам ДСТУ Б В.2.7-32-95 і характеризувався модулем крупності Мк=1,94. Консистенцію розчинової суміші визначено по розпливу конусу на струшувальному столику за методикою ДСТУ Б В.2.7-187:2009 відразу та через 2 год. після замішування. Кінетику набору міцності цементу досліджено зразках-балочках цементно-піщаного розчину розміром 4×4×16 см. Умови твердіння зразків: температура -1=20±2 °C, вологість W=100 %. Таблиця 1 Цемент Консистенція Міцність Витрата компонентів комплексної розчинової суміші будівельного добавки, % від маси алюмосилікатного (розплив конусу), мм, розчину на стиск, компоненту після замішування МПа Багатоатомний через 2 ЛСТ 136-41 відразу 7 діб 28 діб спирт год. Контрольний (непластифікований) Відомий Запропонований 1 2 3 4 5 6 7 8 106-115 24 45 0,45…0,7 0,03…0,05 135…156 131…145 21…31 30…42 1) 0,05 177 160 33 47 1) 0,50 0,25 0,50 0,25 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 184 181 195 211 180 180 180 169 160 161 166 130 146 147 27 26 25 25 35 33 34 45 46 45 46 45 45 45 1,25 2,50 2) 1,25 2) 2,5 2) 2,5 3) 1,25 3) 2,5 3) 2,5 Примітки: 1) - сорбіт 2) - гліцерин 3) - етиленгліколь Таблиця 2 Хімічний склад шлаку SiO2 39 20 25 Аl2О3 5,9 Fe2O3 0,3 МnО 0,5 Вміст, % мас. MgO СаО 5,82 47,3 Na2O К2О SO3 1,5 в.пп. Результати випробувань підтверджують переваги запропонованого пластифікованого лужного цементу, з використанням комплексних добавок, що вміщують багатоатомні спирти, над відомим. Джерела інформації: 1. ДСТУ Б В.2.7-181:2009. Цементи лужні. Технічні умови. 3 UA 82216 U 5 2. Collepardi M., Grossi G., Pellizon Birelli M., Ventura G. Influence of D-sorbitol on the properties of binders to immobilize acid nuclear wastes / 8th CANMET/ACI Int. Conf. on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Sorrento (Italy), 2006. - P. 525-531. 3. Пушкар B.I. Пластифіковані шлаколужні цементи та бетони на їх основі: Автореф. дис. … канд. техн. наук. / КНУБА. - Київ, 2010.-21 с. 4. ТУ У В.2.7-0003093712-98 Клінкер портландцементний (товарний). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Пластифікований лужний цемент для бетонів і будівельних розчинів, який включає гідрофобізуючу поверхнево-активну речовину, наприклад, у вигляді полігідросилоксанів, і водоредукуючу поверхнево-активну речовину, наприклад, у вигляді лужних лігносульфонатів, який відрізняється тим, що додатково включає багатоатомний спирт при наступному співвідношенні інгредієнтів цементу, мас. %: багатоатомний спирт - 0,01-5,0 водоредукуюча поверхнево-активна речовина - 0,01-1,0 гідрофобізуюча поверхнево-активна речовина - 0,03-0,1 сполуки лужних металів - 1,5-12 алюмосилікатний компонент (компоненти) - 100. 20 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4