Способ активации заполнителей цементного бетона
Изобретение относится к области технологии производства цементного бетона. В способе активации заполнителя цементного бетона путем нанесения на его поверхность раствора жидкого стекла и последующего отверждения, используют раствор жидкого стекла плотностью 1,25-1,50 г/см3 в количестве до 3% по массе заполнителя, нанесение раствора жидкого стекла на поверхность мелкого заполнителя осуществляют распылением в лопастном смесителе с последующей обработкой в стержневом смесителе с удельными энергозатратами в пределах 1-6 кВт.ч на одну тонну заполнителя, а отверждение осуществляют путем термообработки при температуре 60–2500С или выдерживанием при нормальной температуре. Технический результат: повышение прочности сцепления цементного камня с заполнителем и, тем самым, улучшение физико-механических свойств цементного бетона. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к технологии получения цементного бетона.
Известны способы активации песка и щебня, называемых инертными заполнителями для цементного бетона, путем дробления, измельчения и очистки их от вредных примесей [1]. Однако применение этих способов не обеспечивает необходимого сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей в бетоне. Этот элемент в структуре бетона является наиболее слабым и уязвимым по прочности.
Известен также способ получения бетона с активацией песка измельчением, с добавками суперпластификатора, фтористого аммония и кремнекислого натрия [2]. Этот способ по своей технической сущности и назначению наиболее близок к заявляемому и принят в качестве прототипа. Однако и последний способ не обеспечивает получение высоких потенциально возможных результатов и чрезмерно сложен.
Задачей настоящего изобретения является усиление прочности сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя. Она решается путем создания на поверхности заполнителя реакционного слоя, способного вступать в химическое взаимодействие с новообразованиями цемента при его твердении. При этом слабые адгезионные связи заменяются сильными ионными связями, и силы сцепления цементного камня с поверхностью заполнителя многократно увеличиваются. Бетон превращается в реальный монолит, в котором уравниваются прочности заполнителя, цементного камня и их граничного взаимодействия.
Сущность и отличительные признаки изобретения состоят в следующем. Способ активации заполнителей цементного бетона путем его измельчения и добавки силиката натрия или калия с отвердителем отличается тем, что на поверхность заполнителя предварительно наносят тонкий слой водного раствора жидкого стекла плотностью 1,25-1,5 г/см3 в количестве до 3% по массе сухих веществ, затем высушивают заполнитель при температуре 60-250°С или выдерживают при обычной температуре до твердения нанесенного слоя жидкого стекла.
Другое отличие способа состоит в том, что к раствору жидкого стекла добавляют до 16% по сухой массе кремнефтористого натрия или до 3% фторида натрия, или аммония, или магния, или алюминия, а также суперпластификатора, например, до 3% С-3 или без него.
Третье отличие способа активации заполнителя состоит в том, что нанесение раствора жидкого стекла с добавками на поверхность мелкого заполнителя - песка осуществляют сначала разбрызгиванием раствора в лопастном смесителе, а затем песок обрабатывают в стержневом смесителе с удельными энергозатратами в пределах 1-6 кВт·ч на тонну сухого заполнителя.
И последнее отличие предлагаемого способа состоит в том, что нанесение слоя жидкого стекла с добавками на щебень и гравий осуществляют разбрызгиванием раствора на заполнитель в лопастном смесителе.
Физико-химической основой процесса активации заполнителей цементного бетона является нанесение на чистую поверхность песка и щебня тонкого слоя минерального состава, способного образовывать сильные химические связи как с поверхностью заполнителя, так и вступать в реакцию с новообразованиями цементного камня. В предлагаемом способе использовано свойство водного коллоидного раствора кремнекислого натрия соединяться с родственной поверхностью кварца и других силикатов с образованием сначала хемосорбционных связей, переходящих затем в химические (ионные) связи. Этот процесс ускоряется при нагревании и сушке, а также в результате каталитического действия добавок флюоратов и фторидов ряда катионов.
Заполнитель с модифицированной поверхностью уже не является "инертным" материалом. При обычном твердении бетонной смеси такой заполнитель вступает в химическое взаимодействие с гидратами силикатов цементных минералов, образуя прочное соединение цементного камня с поверхностью заполнителя. Таким образом, устранение слабого элемента в структуре бетона обеспечивает существенное повышение прочности этого строительного материала.
В таблицах 1 и 2 приведены примеры по определению зависимости прочности образцов бетона через 28 суток идентичного состава от параметров способа и состава модифицирующей добавки.
Установлено, что активация заполнителя указанным способом позволяет повысить прочность бетона примерно до 1000 кгс/см2. Определены также оптимальные параметры способа: количество добавки жидкого стекла и катализатора, условия естественного твердения и термообработки заполнителя. В естественных условиях (температура 15-25°С) твердение наносимого на заполнитель слоя происходит в течение 2-7 суток, а сушка при 60-250°С обеспечивает твердение через несколько часов. Доказана эффективность двухстадийного смешивания песка с жидким стеклом в лопастном смесителе и последующая обработка его в стержневом агрегате.
С достаточной уверенностью можно считать, что такие свойства, как долговечность и коррозионная стойкость бетона тоже увеличиваются синхронно с ростом прочности.
Предлагаемый способ активации заполнителей цементного бетона является простым и экономичным. Заполнители с модифицированной поверхностью целесообразно применять в бетонах, предназначенных для особо ответственных строительных конструкций и изделий.
Источники информации:
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд. "Высшая школа". М., 1978 г.
2. Зенкин В.К. и др. Способ приготовления бетонной смеси. Патент РФ №2012552. БИ №9 от 15.05.1994 г.
| Таблица 1 Зависимость прочности бетона R сж от технологических параметров способа активации заполнителя | |||||
| № п/п | Параметры активации заполнителя | R сж бетона кгс/см2 | |||
| Добавка жидкого стекла % | Плотность раствора г/см3 | Темп-ра сушки °С | Время выдержки час | ||
| 1 | Контрольные образцы | 520 | |||
| 2 | 0,5 | 575 | |||
| 3 | 0,75 | 624 | |||
| 4 | 1,0 | 672 | |||
| 5 | 1,5 | 1,38 | 20 | 72 | 705 |
| 6 | 2,0 | 760 | |||
| 7 | 2,5 | 786 | |||
| 8 | 1,20 | 558 | |||
| 9 | 1,25 | 603 | |||
| 10 | 1,8 | 1,30 | 20 | 72 | 655 |
| 11 | 1,40 | 703 | |||
| 12 | 1,50 | 718 | |||
| 13 | 1,55 | 712 | |||
| 14 | 125 | 655 | |||
| 15 | 140 | 728 | |||
| 16 | 160 | 768 | |||
| 17 | 2,0 | 1,40 | 180 | 1 | 782 |
| 18 | 220 | 832 | |||
| 19 | 260 | 861 | |||
| 20 | 280 | 857 |
| Таблица 2 Зависимость активности заполнителя от добавки катализатора твердения жидкого стекла и энергозатрат обработки песка | |||||
| № п/п | Параметры активации заполнителя с добавкой 2,5% жидкого стекла плотностью 1,38 | R сж бетона кгс/см2 | |||
| Добавка катализатора % | Темп-ра сушки °С | Время твердения час | Энергозатраты кВт.ч/т | ||
| NaSiF6 | |||||
| 1 | 5,0 | 790 | |||
| 2 | 6,0 | 160 | 1,0 | 810 | |
| 3 | 8,0 | 851 | |||
| 4 | 10,0 | 913 | |||
| 5 | 12,0 | 867 | |||
| 6 | 16,0 | 20 | 48 | 890 | |
| 7 | 18,0 | 863 | |||
| NaF | |||||
| NH4F | |||||
| 8 | - | 760 | |||
| 9 | 0,5 | 812 | |||
| 10 | 0,75 | 832 | |||
| 11 | 1,0 | 20 | 48 | 858 | |
| 12 | 1,5 | 890 | |||
| 13 | 2,0 | 897 | |||
| 14 | 2,5 | 888 | |||
| 15 | 10,0 | 0,8 | 840 | ||
| 16 | NaSiF6 | 1,0 | 882 | ||
| 17 | 2,0 | 927 | |||
| 18 | 160 | 1,0 | 4,0 | 959 | |
| 19 | 6,0 | 975 | |||
| 20 | 7,0 | 953 |
1. Способ активации заполнителя цементного бетона путем нанесения на его поверхность раствора жидкого стекла и последующего отверждения, отличающийся тем, что используют раствор жидкого стекла плотностью 1,25-1,50 г/см3 в количестве до 3% по массе заполнителя, нанесение раствора жидкого стекла на поверхность мелкого заполнителя осуществляют распылением в лопастном смесителе с последующей обработкой в стержневом смесителе с удельными энергозатратами в пределах 1-6 кВт·ч на одну тонну заполнителя, а отверждение осуществляют путем термообработки при температуре 60–250°С или выдерживанием при нормальной температуре.
2. Способ п.1, отличающийся тем, что к раствору жидкого стекла добавляют до 16% по массе сухих веществ кремнефтористого натрия или до 3% фторидов натрия, калия, аммония, магния или алюминия.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что к раствору жидкого стекла с добавками отвердителей или без них дополнительно вводят до 3% суперпластификатора, например С-3.
