Способ приготовления водной суспензии цемента

 

Изобретение относится к коллоидной химии, предназначено для получения дисперсных систем и может быть использовано в приготовлении различных продуктов типа паст, растворов, суспензий и эмульсий, изготавливаемых в химической, нефтяной, пищевой, фармацевтической промышленностях и других отраслях народного хозяйства, в частности при изготовлении структурированных дисперсных систем с тиксотропными свойствами. С целью повышения прочности бетона за счет увеличения эффекта адсорбционной пластификации, на реакционный объем накладывают волновые колебания с частотой 600-850 Гц, при этом массовое соотношение цемента и воды составляет от 1 до 1,0:1,5. Сульфитно-дрожжевую барду вводят из расчета 1,5-2,0 г сухого вещества на 1 л цементной суспензии. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В О1 F 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3548995/23-26 (22) 31.01.83 (46) 23.09.90. Бюл. М 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства (72) В.Н.Образцов и Е.А.Антонов (53) 66.063.62(088.8) (56) 1. Патент Великобритании М 1145481, кл. 8 1 С, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 799799, кл. В 01 F 3/08, 1979.

3. Патент Франции М 2133884, кл. В 01 F 3/00, 1973. (54)(57) 1.СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ ЦЕМЕНТА для получеИзобретение относится к коллоидной химии, предназначено для получения дисперсных систем и может быть использовано в приготовлении различных продуктов типа паст, растворов, суспензий и эмульсий, изготавливаемых в химической, нефтяной, пищевой, фармацевтической промышленностях и других отраслях народного хозяйства, в частности при изготовлении структурированных дисперсных систем с тиксотропными свойствами.

Известен способ приготовления суспензии путем интенсивного перемешивания взвеси, например цемента с водой, лопастной мешалкой со скоростью вращения, вызывающей кавитацию (1J.

Способ направлен на получение гомогенной дисперсной системы {раствора) без диспергирования частиц твердой фазы, а развитие локальной кавитации на отдель-ных участках вращающейся лопасти не приЯ2 1593б93 А1 ния бетона путем смешения в реакционном объеме цемента, воды и водного раствора сульфитно-дрожжевой барды, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности бетона за счет увеличения эффекта адсорбционной пластификации,.на реакционный объем накладывают волновые колебания с частотой 600-850 Гц, при этом массовое соотношение цемента и воды составляет от 1: до 1,0:1,5.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что сульфитно-дрожжевую барду вводят из расчета 1 5 — 2,0 г сухого вещества на

1 л цементной суспензии. водит к обновлению поверхностного слоя частиц, так как не создает объемно-напряженного состояния всей системы и, следовательно, не обеспечивает повышения адсорбционной активности суспензии, что является недостатком известного способа.

Известен способ получения суспензии путем вибротурбулизации взвеси твердых частиц при дополнительном вибровоздействии с частотой 240-400 Гц (2) .

Способ направлен на измельчение и истирание твердых частиц взвеси и не обеспечивает получения высокоактивных . суспензий при кратковременной поверхно-. стной обработке частиц.

Наиболее близким к изобретению является способ получения цементной суспензии, включающий суспендирование твердых частиц в пульсирующем турбулентном потоке жидкости с добавкой поверхностно-активного вещества, которую

1593693 применяют дял понижения вязкости воды, предотвращения коагуляции измельчаемых твердых частиц.

В процессе турбулизации непрерывный поток суспенэии подвергают периодически замедленному и ускоренному движению а специальных сОплах с переменным живым сечением (3), Общим недостатком известных способов является направленность процесса дйспергирования твердых частиц преимущественно путем дробления и раздавливания, что с повышением степени дисперсности обусловливает повышенную водопотребность приготавливаемых на их основе структурированных систем, которая отрицательно сказывается на показателях качества и физико-технических свойствах конечного продукта. Кроме того, известные способы диспергироаания не обеспечивают изготовление суспензий с высоким эффектом адсорбционной пластификации и повышенной гидравлической активности.

Цель изобретения — повышение прочности бетона эа счет увеличения эффекта адсорбционной пластификации.

Поставленная цель достигается те л, что на реакционный объем, в котором готовят смесь цемента. воды и водного раствора сул ьфитно-дрожжевой барды, накладывают волновые колебания с частотой 600 — 850 Гц.

Весовое соотношение цемента и водны со, ставляет от 1: t до 1:1,5. Кроме того, сульфитно-дрожжевую барду вводят из расчета

1,5 — 2 r сухого вещества на литр цементной суспензии.

Способ осуществляют следующим образом, Готовят, например цементную суспензию, используемую для получения структурированной дисперс ной системы с тиксотропными свойствами — бетонной смеси удобоукладыааемостью 30 с, которая предназначена для изготовления высокопрочных бетонов марок 500-700 в кгс/см на сжатие, Готовят суспензию при соотношении по весу цемента (портландцемент

M500) и воды с соотношением 1:Ж = 1:1, что соответствует плотности 1,5 г/см, при этом в 1 л суспензии содержится 750 г цемента удельной плотностью 3,1 г/смз и 750 мл воды плотностью 1,0 г/смз. В качестве пластификатора используют сульфитно-дрожжевую бражку, которую вводят а суспензию а виде водного раствора плотностью 1,06 (по ареометру) иэ расчета 2,0 r сухого вещества (остатка) на 1 л цементной суспензии.

При снижении концентрации твердой фазы до Т:Ж 1:1,5 добавку пластификатора уменьшают до 1,5 г/л суспензии.

Для обработки суспензии пластификатором применяют аппарат с волновой камерой, который позволяет создавать интенсивную турбулизацию движущегося

5 потока суспензии и накладывать на него волновые колебания с различной циклической частотой при регулировании объемной скорости поступательного движения выходящего из аппарата в расходную емкость

10 потока суспензии, которую прокачиаают в замкнутом, рециркуля ционном цикле.

Суспензию объемом 240-250 л заливают в расходную емкость, включают аппарат с волновой камерой, с помощью которой

15 осуществляют наложение на турбулентный поток волновые колебания с циклической частотой, например, 700 Гц.

По истечении 5-7 мин обработки суспенэию используют вместо воды для затво20 рения бетонной смеси состава по весовому содержанию цемент, песох и щебень Ц:П:Щ

=- 1;1,1:2,5 до получения заданной удобоукладываемости 30 с. При этом в бетонную смесь с раствором суспензии вводится око25 ло 25 мас. цемента, остальная часть цемента, т.е. около 75 мас. используют в сухом виде.

Пример 1, Готовят цементную суспензию состава Т:Ж = 1:1 с добавкой СДБ в

30 количестве 2 r/ë, которую обрабатывают при частоте волновых колебаний 600 Гц.

При затворении бетонной смеси расход суспензии 185 л, что соответствует В/Ц = 0,26 в бетоне, характеризуемом прочностью

35 980 кгс/см2 и объемной массой 2500 кг/м, Пример 2. Готовят цементную суспензию по примеру 1, но с обработкой при частоте волновых колебаний 700 Гц. При расходе суспензии 185 л получен бетон с

40 В/Ц = 0,26 прочностью 1030 Kl c/см и объемной массой 2500 кг/м . . Пример 3. Готовят цементную суспенэию по примеру 1, но с обработкой при частоте волновых колебаний 800 Гц. При

45 расходе суспенэии 185 л получен бетон с

В/Ц-0,26 прочностью 990 кгс/см2 и объемной массой 250 xr!м .

Пример 4. Готовят цементную суспензию по примеру 1, но с обработкой при

50 частоте волновых колебаний 850 Гц. При расходе суспензии 205 л получен бетон с

В/Ц = 0,28 прочностью 880 кгс/см и объемной массой 2480 кг/мз.

Пример 5. Готовят цементную суспен55 .зию по примеру 1, но с добавкой СДБ в количестве 1,5 г/л . Получен бетон с В/Ц =

=0,26 прочностью 970 кгс/см и объемной массой 2500 кг/см .

Пример 6, Готовят цементную суспензию по примеру 1, но с соотношением

1593693

Т:Ж - 1:1,25. Получен бетон с В/Ц = 0.26 прочностью 985 кгс/см и объемной массой г

2490 кг/м .

Пример 7. Готовят цементную сус- пензию по примеру 1, но с соотношением 5

Т:Ж = 1:1,5, Получен бетон с В/Ц = 0,26 прочностью 930 кгс/см и объемной массой г

2485 кг/м .

Пример 8. Готовят цементную суспензию по примеру 1, но с обработкой при 10 частоте волновых колебаний 575 Гц. При расходе суспенэии 205 л получен бетон с

В/Ц = 0,28 прочностью 860 кгс/смг и объемной массой 2480 кг/м, Пример 9. Готовят цементную сус- 15 пензию по примеру 1, но с обработкой при частоте волновых колебаний 550 Гц. При расходе суспензии 220 л получен бетон с

В/Ц = 0,30 прочностью 840 кгс/см и обьемной массой 2475 кг/м . 20

Пример 10. Готовят цементную суспензию по примеру 1, но с добавкой СДБ е количестве 2.5 г/л. Получен бетон с В/Ц =

=0,26 прочностью 980 к-с/смг и объемной массой 2500 кгlм . С дальнейшим уееличе- 25 нием расхода вводимой добавки прочность бетона не возрастает.

Эффект адсорбционной пластификации оценивают по показателю еодоцементного отношения В/Ц в бетоне и количественно — 30 по расходу суспензии (в том числе и воды), необходимому для получения бетонной смеси удобоукладываемостью 30 с.

Степень коллоидации оценивали качественно по продолжительности полного 35 осаждения взвеси частиц суспензии е гравитационном поле до образования установившегося слоя осветленной воды (в мерном цилиндре емкость 250 мл).

Положительный эффект оценивали по 40 показателям свойств конечного продукта— прочности и объемной массе бетона в образцах 10х10х10 см (28 сут нормального твердения).

С учетом принятого состава бетонной 45 смеси и вводимого количества цемента при затворении суспензией неизменный расход сырьевых материалов на 1 м бетона состаз вил: 540 кг портландцемента М500, 570 кг . песка кварцевого с Мкр = 2,3 и 1250 кг щеб- 50 ня гранитного фракции 10 — 20 мм.

Результаты испытаний способа приготовления водной суспенэии цемента приведены е табл. 1 и 2.

Иэ представленных таблиц следует, что 55 предлагаемый способ приготовления суспензии обеспечивает наибольший эффект адсорбционной пластификации цементной суспенэии, применяемой для затворения и пластификации бетонной смеси, что подтверждается резким снижением е бетоне : водоцементного отношения В/Ц до 0,26, с возрастанием при этом доли коллоидной составляющей(образуе ай в основном за счет обнажения поверхности цементных частиц) обеспечивается достижение высокой прочности бетона (до 980-1030 кгс/смг) на сжатие е образцах 10х10х10 см и увеличение его объемной массы до 2500 кгlм ..

Обусловленная процессом гидратэции продолжительность осаждения взвеси частиц цемента в обработанной суспензии составляет 12 — 15 ч (из необработанной суспензии процесс осаждения частиц заканчивается через 15-20 мин), что является следствием образования коллоидной составляющей с размерами частиц в десятыетысячные доли микрон, которые е результате обработки пластификатором обусловливают не только повышение устойчивости цементной суспензии с дальнейшим развитием пластифицирующего эффекта, но и повышенную гидравлическую активность обнаженных частиц, заметно влияющих на прирост прочности бетона.

Обработка суспензии пластификатором (СДБ) е количестве 1.5 — 2 г/л обеспечивает наибольший эффект адсорбционной пластификации при увеличен и поверхностной а«тивности частиц на частотах пульсации волновых колебаний в диапазоне 600—

850 Гц, что в результате наложения на обрабатываемую систему (турбулентный поток суспензии) интерферентных волн вызывает явление резонанса с развитием объемной гидродинамической кавитации, благоприятно влияющей на интенсификацию процесса суспендирования твердых частиц с коллоидацией.

Увеличение частоты волновых колебаний с выходом эа 1000 Гц нецелесообразно, так как возникает опасность разрыва частиц цемента с резким снижением эффекта обнажения их поверхности, а уменьшение частоты менее 600 Гц приводит к ослаблению гидродинамической каеитации, что е конечном итоге ухудшает свойства готового продукта (марка бетона снижается до 500-700 вместо достигнутого уровня марок 900-1000 по прочности в кг/смг.

При увеличении концентрации твердой фазы усложняется технология приготовления и использования суспензии иэ-за возрастания вязкости сверх допустимой величины (0.003 н с/м ), что вызывает необг ходимость введения в бетонную смесь дополнительного количества воды для перемешивания и смачивания смеси материалов (цемента. песка, щебня). А с уменьшением концентрации твердой фазы

1593693 Таблица 1

Таблица 2

* Прирост прочности бетона прекращается. снижаются эффект адсорбционной пластификации бетона и прочность бетона до уров,ня M500 — 700, Уменьшение количества вводимого пластификатора (СДБ) менее 1,5 г/л суспенэии нецелесообразно из-за ослабления эффекта

Эдсорбционной пластификации, а увеличение его содержания свыше 2.0 г/л не приводит к дальнейшему приросту прочности бетона.

Удельный расход анионактивного сульфонового диспергатора-пластификатора в предлагаемом спо;.обе приготовления суспенэии составляет 0,05 — 0,07g, от

5 массы цемента в бетоне, что значительно меньше рекомендуемого расхода 0,1-0,3 от массы цемента при приготовлении бетонной смеси традиционным методом, т.е. путем затворения смеси водой с добавкой

10 ПАВ.