Спосіб виробництва будівельного матеріалу

Реферат: Спосіб виробництва будівельного матеріалу, зокрема будівельного розчину або бетону з активованого лугом гідравлічного в'яжучого засобу, в якому щонайменше одну диспергувальну речовину і щонайменше один модифікатор схоплювання додають до суміші, причому щонайменше одну диспергувальну речовину додають після змішування в'яжучого засобу з водою. UA 110263 C2 (12) UA 110263 C2 UA 110263 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід відноситься до способу виробництва будівельного матеріалу, зокрема будівельного розчину або бетону, з активованого лугом гідравлічного в'яжучого засобу, при якому до суміші додають, щонайменше, одну диспергувальну речовину і, щонайменше, один модифікатор схоплювання. Активовані лугом в'яжучі засоби на основі силікатного алюмінію (AAAS) являють собою матеріали, подібні до цементу, які утворюються шляхом перетворення твердих частинок дрібнозернистого діоксиду кремнію та оксиду алюмінію лужним - або лужно-сольовим розчином для формування гелів і кристалічних сполук. Під час лужної активації висока концентрація ОН - іонів в суміші діє на алюмінієві силікати. Якщо в пасті, виготовленій з Портландцементу, через розчинність гідроксиду кальцію, значення рН досягає більше 12, значення рН в AAAS - системі становить більше 13,5. Кількість лугу, яке зазвичай знаходиться в інтервалі від 2 до 25 % (маса/маса) лугу (> 3 %(маса/маса) Na2O), залежить від лужності алюмінієвих силікатів. Реактивність сполучного засобу AAAS залежить від його хімічного і мінерального складу, ступеня заскловування і тонкості помелу (дисперсності). Загалом, сполучні засоби AAAS починають схоплюватися протягом 15 хвилин і в довгостроковій перспективі забезпечують швидке затвердіння і значне збільшення міцності. Реакція схоплювання і процес затвердіння ще не до кінця вивчені. Для отримання високої міцності і довговічності будівельних матеріалів необхідно підтримувати відносно низький показник співвідношення вода/в'яжучий засіб при змішуванні будівельного матеріалу, щоб забезпечити отримання, зокрема, щільних і при цьому міцних кристалічних структур, в результаті затвердіння активованого лугом в'яжучого засобу. Низький показник співвідношення вода/в'яжучий засіб спричиняє недолік, який полягає в тому, що для будівельного матеріалу виникає загроза появи несприятливих реологічних властивостей. Плинність будівельних матеріалів перед процесом схоплювання в таких будівельних матеріалах досить низька, тому налив (розлив) або розпорошення таких будівельних матеріалів може проводитися тільки в обмеженому порядку або не може проводитися взагалі. Додавання диспергувальних речовин і модифікаторів схоплювання для гідравлічних в'яжучих засобів було відомо давно. Існують різні методи впливу на реологічні властивості, ресурс працездатності, а також на властивості, що характеризують схоплювання, у зв'язку зі значеннями міцності, які можуть бути здійснені при отриманні будівельного матеріалу, як правило, бетону або розчину, виробленого згідно з різними вимогам, із застосуванням відповідних в'яжучих засобів шляхом додавання вказаних сполук. Модифікатори схоплювання забезпечують затримку процесу схоплювання цементу і, отже, вони забезпечують розширення терміну застосовності бетону. Диспергувальні речовини, відомі також під назвою розріджувачів для бетону, текучих речовин, пластифікаторів або суперпластифікаторів, застосовуються для поліпшення придатності стосовно плинності. Вказані добавки являють собою довголанцюгові органічні молекули, які групуються навколо частинок цементу і тим самим забезпечують або електростатичне відштовхування між частинками, або просторову стабілізацію частинок, підвищуючи плинність будівельного матеріалу. Однак, при значеннях рН, що переважають у активованих лугом гідравлічних в'яжучих засобах, більшість відомих диспергувальних речовин, є нестабільними, оскільки відомі добавки не дають бажаного результату і, крім того, вони часто стають причиною зниження значень результуючої міцності. Таким чином, технічною задачею даного винаходу є поліпшення способу раніше згаданого типу до такого ступеня, щоб і при застосуванні активованого лугом гідравлічного в'яжучого засобу підвищена застосовність або плинність могла б бути досягнута без неналежного зниження значень результуючої міцності. Винахід має забезпечити застосовність і задані значення міцності навіть при низькому показникові співвідношення вода/в'яжучий засіб < 0,5, зокрема 20 % (маса/маса), алюмосилікатів, відмінних від доменного шлаку, переважно, летючої золи та природних алюмінієвих силікатів, переважно, базальтів, глини, мергелю, андезитів або зеолітів в кількості від 5 % (маса/маса) до 75 % (маса/маса) і лужного активатора в кількості, що відповідає еквіваленту Na2O, який визначається як (Na2O + К2О 0658) (ASTM С 150) між 0,7 % (маса/маса) і 4 % (маса/ маса). Такий будівельний матеріал описаний, наприклад, в ЕР 1735252 В1 Заявника. Винахід більш докладно описано нижче за допомогою прикладів здійснення винаходу і порівняльних прикладів. У всіх прикладах як в'яжучий засіб застосовують активований лугом гідравлічний в'яжучий засіб, що має наступний склад: %(маса/маса) 90 5 5 Перший (цокольний ) доменний шлак Na2CO3 Портландцемент 50 Даний в'яжучий засіб змішували з водою у співвідношенні вода/в'яжучий засіб (В/В) 0,45. Приклад 1 В'яжучий засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] 100 0 2 UA 110263 C2 Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [МПа] *)час після додавання води 5 0,45 157 124 13,22 22,28 45,20 Застосовність була визначена відповідно до методики HolcimCone™ вимірювання потоку. Дана методика використовує модифікований конус для вимірювання оповзання зразків свіжого розчину, який добре співвідноситься з оповзанням бетону. Конус за цією методикою в два рази менше, ніж конус noASTMC 143. Приклад 2 В'яжучий засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [МПа] 10 0 Приклад 3 В яжучии засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. 100 0,75 0 3 0,45 187 197 9,9 18,4 41,0 100 0 1,0 3 0,45 212 145 3 UA 110263 C2 Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [Мра] Приклад 4 В'яжучий засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [МПа] Приклад 5 В'яжучий засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [МПа] 12,7 20,6 39,6 100 0,75 1,0 3 3 0,45 272 255 8,1 16,8 37,7 100 0,75 1,0 0 0 0,45 256 263 6,5 12,7 32,3 5 Приклад 6 В'яжучий засіб [% (маса/маса)] Модифікатор схоплювання [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% (маса/маса)] Час додавання модифікатора схоплювання [хв.] *) 100 0,75 1,0 0 4 UA 110263 C2 Час додавання диспергувальної речовини [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) Застосовність через 10 хв. Застосовність через 45 хв. Міцність на стиск через 1 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні [МПа] Міцність на стиск через 28 днів [МПа] 5 10 15 20 25 45 0,45 199 257 8,0 15,3 35,8 Приклад 7 В'яжучий засіб [% 100 (маса/маса)] Модифікатор схоплювання 0,75 [% (маса/маса)] Диспергувальна речовина [% 1,0 (маса/маса)] Час додавання модифікатора 45 схоплювання [хв.] *) Час додавання диспергувальної речовини 0 [хв.] *) Вода/ В'яжучий засіб (В/В) 0,45 Застосовність через 10 хв. 191 Застосовність через 45 хв. 248 Міцність на стиск через 1 3,3 день [МПа] Міцність на стиск через 2 дні 17,7 [МПа] Міцність на стиск через 28 45,7 днів [МПа] У всіх прикладах значення % (маса/маса) приведені у відповідність з в'яжучим засобом. У всіх прикладах Na- лігносульфонат був використаний як модифікатор схоплювання, а полікарбоксилатний ефір - як диспергувальна речовина. Однак порівняльні приклади можуть бути здійснені з іншими модифікаторами схоплювання і диспергувальними речовинами. Наведені вище приклади були виконані для визначення умов, при яких може бути досягнута застосовність більше 250 мм через 45 хв., міцність на стиск більше 8 МПа через 1 день (початкова міцність) і міцність на стиск більше 35 МПа через 28 днів (результуюча міцність). Приклади показують, що задана застосовність не може бути досягнута, якщо не використовується ані диспергувальна речовина, ані модифікатор схоплювання (Приклад 1), використовується або тільки модифікатор схоплювання (Приклад 2), або тільки диспергувальна речовина (Приклад 3). Задана застосовність може бути досягнута тільки тоді, коли використовується диспергувальна речовина, а також модифікатор схоплювання (Приклади від 4 до 7). Однак у цьому випадку, для досягнення достатньої міцності повинен бути ретельно обраний момент часу завантаження диспергувальної речовини і модифікатора схоплювання. Приклад 5 показує, що додавання диспергувальної речовини і модифікатора схоплювання разом з водою призводить до значень міцності, які значно нижче заданих. При обумовленому винаходом додаванні із затримкою модифікатора схоплювання і диспергувальної речовини досягаються задовільні значення міцності (Приклад 4). Якщо модифікатор схоплювання додається звичайним способом разом з водою, переважно, слід додати диспергувальну речовину якомога пізніше, наприклад, безпосередньо на будівельному майданчику, з метою забезпечення заданих значень міцності (Приклад 6 винаходу). Приклад 7 показує, що у разі додавання диспергувальної речовини разом з водою звичайним способом, застосовність може бути поліпшена шляхом додавання модифікатора схоплювання. Однак значення початкової міцності також не є задовільними при додаванні модифікатора схоплювання з надто великим запізненням. 5 UA 110263 C2 Було показано, що спосіб додавання за винаходом тільки відповідно до прикладів 4 і 6 може забезпечити вирішення технічної задачі, спрямованої на підвищення застосовності і міцності. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Спосіб виробництва будівельного матеріалу, зокрема будівельного розчину або бетону, що включає забезпечення активованого лугом гідравлічного в'яжучого засобу і змішування гідравлічного в'яжучого засобу з водою для отримання суміші, при цьому суміш містить принаймні одну диспергувальну речовину, вибрану з групи, що складається з меламінсульфонатних поліконденсатів, полінафталін-сульфонатних поліконденсатів і полікарбоксилатних ефірів, і щонайменше один модифікатор схоплювання, вибраний з групи, що складається з модифікованих солей лігносульфонових кислот, зокрема Na-, Ca- або NH4солей, солей оксикарбонових кислот, зокрема Na-, Ca- або триетаноламінових солей адипінової, глюконової, винної, янтарної, лимонної та гептанової кислоти, вуглеводів, а також полісахаридів та їх похідних, який відрізняється тим, що принаймні одну диспергувальну речовину додають після операції змішування в'яжучого засобу з водою. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що диспергувальну речовину і, за вибором, модифікатор схоплювання додають через проміжок часу від 2 до 60 хвилин, зокрема від 3 до 10 хвилин після операції змішування в'яжучого засобу з водою, зокрема, після закінчення процесу додавання води. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що диспергувальну речовину і модифікатор схоплювання додають одночасно. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що диспергувальну речовину і модифікатор схоплювання додають через проміжок часу від 2 до 5 хвилин, зокрема через 3 хвилини після операції змішування в'яжучого засобу з водою. 5. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що модифікатор схоплювання додають разом з водою, коли змішують в'яжучий засіб, при цьому диспергувальну речовину додають через проміжок часу від 30 до 60 хвилин, зокрема від 40 до 50 хвилин, зокрема через 45 хвилин після операції змішування в'яжучого засобу з водою. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що модифікатор схоплювання і/або диспергувальну речовину додають у кількості від 0,025 до 1,5 % (маса/маса), зокрема від 0,25 до 1,5 % (маса/маса) відносно в'яжучого засобу. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що застосовують суміш, що має співвідношення вода/в'яжучий засіб менше 0,5, зокрема співвідношення вода/в'яжучий засіб менше 0,45. 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що застосовують в'яжучий засіб, що складається, переважно, з шлаку, зокрема з доменного шлаку в кількості > 20 % (маса/маса), алюмосилікатів, відмінних від доменного шлаку, переважно летючої золи та природних алюмінієвих силікатів, переважно базальтів, глини, мергелю, андезитів або цеолітів в кількості від 5 % (маса/маса) до 75 % (маса/маса) і лужного активатора в кількості, що відповідає еквіваленту Nа2О, що визначається як (Na2O+K2О 0658) (ASTM С 150) між 0,7 % (маса/маса) і 4 % (маса/маса). Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6