Способ получения гидрофобного цемента

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОБНОГО ЦЕМЕНТА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Щукин Георгий Лукич Беланович Анатолий Леонидович Карпушенков Сергей Александрович Савенко Виктор Петрович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56)2220924 1, 2004.830861, 1960.123695, 1919.640983, 1979. НЕВИЛЛЬ А.М. Свойства бетона. - М. Издательство литературы по строительству, 1972. - С. 49-50. ХИГЕРОВИЧ М. И. Гидрофобный цемент и гидрофобно-пластифицирующие добавки. - М. Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957. - С. 6-8.(57) Способ получения гидрофобного цемента, включающий смешение цемента и гидрофобной добавки, отличающийся тем, что смешение осуществляют в шаровой мельнице при комнатной температуре в течение 2,5-3,0 часов, а в качестве гидрофобной добавки используют стеарин Т-18 в количестве 0,5-0,8 от массы цемента. Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к получению гидрофобных цементов с увеличенным сроком хранения. Известно, что высокомарочные портландцементы теряют за 3-6 месяцев хранения до 30 своей гидравлической активности. Простым способом их защиты от воздействия влаги является гидрофобизация поверхности зерен цемента. В литературе 1-4 описаны способы получения гидрофобных цементов с применением различных гидрофобизирующих веществ натуральные и синтетические жирные кислоты или их кубовые остатки, а также мылонафта, окисленный петролатум и т.д. Общим недостатком большинства гидрофобизирующих веществ является технологическая сложность нанесения их на поверхность зерен цемента и перевода его в состояние гидратации при введении воды затворения. Для преодоления противоречий между водой и гидрофобным цементом необходимо изменить свойства цемента таким образом, чтобы он стал менее гидрофобным и в то же время мог бы взаимодействовать с водой на тех стадиях применения, когда это практически необходимо. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ гидрофобизации цемента, включающий смешение цемента и гидрофобной добавки предварительно раздробленного до пылевидного состояния углеродсодержащего природного материала, используемого в количестве 0,5-10 мас.в пересчете на абсолютно сухое вещество, прогретых при температуре 180-350 С в течение 30-60 минут 5. Следует признать, что предлагаемый способ гидрофобизации цемента облегчает перевод его в гидрофильное состояние в цементном вяжущем, но является достаточно сложным размол гидрофобизирующих добавок до пылевидного состояния и их равномерное распределение по объему цемента, а также достаточно энергоемким необходимость прогрева смеси до 16140 1 2012.08.30 350 С. Кроме того, следует обратить внимание на то, что введение в цементное вяжущее значительного количества органических углеродсодержащих соединений негативно влияет на процесс твердения и устойчивость бетонов к коррозии. Задачей изобретения является создание способа получения гидрофобного цемента,обеспечивающего сохранение гидралитической активности при хранении во влажной атмосфере и технических показателей при приготовлении бетонных смесей. Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидрофобного цемента,включающем смешение цемента и гидрофобной добавки, смешение осуществляют в шаровой мельнице при комнатной температуре в течение 2,5-3,0 часов, а в качестве гидрофобной добавки используют стеарин Т-18 в количестве 0,5-0,8 от массы цемента. Сущность технического решения определяется тем, что предлагаемый способ получения гидрофобного цемента при смешивании цемента с добавкой стеарина Т-18 в шаровой мельнице с помощью фарфоровых шаров обеспечивает формирование на поверхности зерен цемента несплошной гидрофобной пленочной структуры, которая позволяет сохранить гидравлическую активность цемента при его длительном хранении даже во влажной атмосфере. Кроме того, свойство несмачиваемости цемента не препятствует изготовлению бетонных(растворных) смесей обычным путем. Для нормального смешивания цемента с водой и заполнителями необходимо, чтобы гидрофобная оболочка зерен цемента не была сплошной и легко разрушалась в процессе изготовления бетонной (растворной) смеси. Тогда достаточно незначительных разрушений целостности гидрофобной пленки, чтобы началась гидратация цемента, что влечет сравнительно быстрое обнажение новых поверхностей,имеющих гидрофильный характер, и их смачивание водой. Происходящее при этом развитие и углубление макро- и макрорельефа поверхности зерен в свою очередь содействует растеканию воды затворения и ее усвоению цементом. Зерна обычного цемента слипаются при первом соприкосновении с водой, а несплошные гидрофобные пленки, имеющиеся на зернах гидрофобного цемента, предотвращают их агрегирование, поэтому при превращении в рабочее состояние такой цемент даже лучше взаимодействует с водой, чем обычный. Экспериментальную проверку способа получения гидрофобного цемента проводили на портландцементе ПЦ-500 Д 0 (42,5 , ГОСТ 30515-97) Белорусского цементного завода. В качестве гидрофобизирующей добавки использовали стеарин Т-18 (ГОСТ 6484-96). Нанесение стеарина на поверхность цемента в количестве 0,3-1,0 осуществляли в шаровой мельнице лабораторного типа с фарфоровыми шарами в течение 2-4 часов. Оценку степени гидрофобизации цемента проводили путем определения количества сорбции паров воды цементом и времени впитывания цементом капли воды с момента нанесения ее на поверхность цемента от содержания в нем стеарина Т-18 и времени обработки в шаровой мельнице. По ГОСТ 10178-76 гидрофобные цементы не должны впитывать в себя воду в течение 5 минут от момента нанесения капли воды на поверхность цемента. Сорбцию водяного пара гидрофобизированным и обычным цементом определяли при относительной влажности 96 по следующей методике (ГОСТ 23409.10-78) навеску цемента массой 10 г насыпали в чашку Петри, взвешивали с точностью 0,0002 г и ставили в эксикатор, на дне которого находился насыщенный раствор сульфата калия. После этого эксикатор с образцами помещали на 20 суток в термостат с температурой 25 С. Периодически образцы вынимали из эксикатора и взвешивали. За 100 принимали массу сорбированного водяного пара контрольным образцом без добавок. Количественные данные по сорбции влаги контрольными и гидрофобизированными стеарином образцами цемента и времени впитывания капли воды приведены в табл. 1. Из данных табл. 1 следует, что гидрофобизация цемента стеарином позволяет значительно снизить сорбцию водяного пара цементом, находящимся во влажной атмосфере. В течение 20 суток хранения при 96 относительной влажности сорбция водяного пара цементом, гидрофобизированным 0,5-1,0 стеарина, снижается в 1,5-3,1 раза, а время впитывания капли воды, нанесенной на поверхность гидрофобного цемента, составляет более 120 минут (до испарения капли воды с поверхности гидрофобного цемента). В то же время капля воды, нанесенная на обычный (контрольный) образец, впитывается за 2-3 секунды,2 16140 1 2012.08.30 а нанесенная на цемент, содержащий 0,3 стеарина, и на цемент, содержащий 0,8 стеарина, но обработанный в шаровой мельнице в течение 2 часов, впитывается за 3-4 минуты, т.е согласно ГОСТ 10178-76, цемент не является гидрофобным. За 20 суток пребывания цемента с различным содержанием стеарина Т-18 при влажности 96 изменилась его сыпучесть цемент без и с содержанием 0,3 стеарина превратился в труднорассыпающийся королек, а гидрофобный цемент с содержанием 0,5-1,0 стеарина сохранил свою исходную сыпучесть. Таблица 1 Зависимость количества сорбированного водяного пара гидрофобным цементом и времени впитывания цементом капли воды от содержания в нем стеарина и времени обработки в шаровой мельнице Величина сорбции водяного Время пара цементомпри отноНомер впитывасительной влажности 96 образХарактеристика образца ния капли Время выдержки, сутки ца воды, мин 1 2 8 16 20 1 обычный (контрольный) цемент 100 100 100 100 100 0,05 цемент, гидрофобизированный 2 76 68 62 56 56 3 0,3 стеарина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 3 74 66 60 57 53 120 0,5 стеарина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 4 66 63 58 51 48 120 0,8 стеарина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 5 54 50 42 40 44 120 1,0 стеарина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 6 65 64 60 59 59 4 0,8 стеарина, время обработки 2 ч цемент, гидрофобизированный 7 63 65 60 54 51 120 0,8 стеарина время обработки 2,5 ч цемент, гидрофобизированный 8 65 66 59 53 50 120 0,8 стеарина время обработки 4 ч При концентрации стеарина меньше 0,5 и времени обработки смеси в шаровой мельнице менее 2 часов гидрофобная пленка на поверхности зерен цемента не образуется(обработанный цемент впитывает каплю воды в течение 3 минут), а при концентрации стеарина больше 1,0 от массы цемента формируется сплошная пленка на поверхности зерен цемента, что существенно увеличивает время ее разрушения при механическом перемешивании бетонных (растворных) смесей с водой затворения до достижения смачиваемости зерен цемента и начала гидратации цемента. Увеличение времени обработки смеси цемента со стеарином (0,5-0,8 ) более трех часов не оказывает влияния на качество формируемого гидрофобного цемента, а только ведет к увеличению затрат на его производство. Следует отметить, что способ получения гидрофобного цемента по изобретению не требует нагрева смеси цемента с гидрофобной добавкой, в то время как по прототипу получение гидрофобного цемента проводят при нагреве смеси до 180-350 С, что существенно приводит к увеличению энергозатрат при его производстве. Оценку времени схватывания цементно-песчаной смеси и набора начальной прочности бетона в течение 3-7 суток определяли в соответствии с ГОСТ 310.4-81 (табл. 2). Из сравнительного анализа приведенных в табл. 2 данных следует, что время схватывания цементно-песчаных смесей без добавок, а также содержащих 10 добавку по прототипу (пример 2) и добавку стеарина Т-18 в количестве 0,5-0,8 отличается незначительно,а при концентрации стеарина более 1,0 увеличивается. Это указывает на то, что гидрофобизизация стеарином Т-18 цемента зависит от его концентрации и времени обработки в шаровой мельнице, т.е. условий, позволяющих формировать на поверхности зерен цемен 3 16140 1 2012.08.30 та несплошную гидрофобную пленку, способную при перемешивании цементно-песчаной смеси легко разрушаться, что приводит к гидратации цемента практически с той же скоростью, как и с цементом без добавки стеарина и с добавкой по прототипу. Набор прочности загустевшей цементно-песчаной смеси за 3 и 7 суток также протекает с сопоставимой скоростью. После хранения исходного цемента во влажной атмосфере он комкуется и теряет свою гидравлическую активность (образец 10), а гидрофобный цемент сохраняет свою исходную сыпучесть и гидравлическую активность (образец 11). Таблица 2 Зависимость времени схватывания цементно-песчаной смеси и набора прочности бетона от содержания в цементе стеарина и времени обработки в шаровой мельнице Прочность Время на сжатие, МПа схватывания Добавка образца цементно-песЧерез Через чаной смеси, ч 3 суток 7 суток 1 исходный цемент Д 0 6,5 5,0 8,1 цемент, содержащий 10 добавку 2 6,7 5,2 8,7 по прототипу (пример 2) цемент, гидрофобизированный 0,3 стеа 3 6,4 5,3 8,9 рина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 0,5 стеа 4 6,8 5,7 9,0 рина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 0,8 стеа 5 7,0 5,8 9,1 рина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 1,0 стеа 6 9,2 5,8 9,2 рина, время обработки 3 ч цемент, гидрофобизированный 0,8 стеа 7 6,6 5,6 9,2 рина, время обработки 2 ч цемент, гидрофобизированный 8 7,0 5,5 9,3 0,8 стеарина, время обработки 2,5 ч цемент, гидрофобизированный 0,8 стеа 9 7,2 5,3 9,3 рина, время обработки 5 ч исходный цемент Д 0, выдержанный во 10 22 0,4 0,9 влажной атмосфере 20 суток цемент, гидрофобизированный 0,8 стеа 11 рина, время обработки 3 ч и выдержанный 7,5 5,2 8,9 во влажной атмосфере 20 суток. Таким образом, способ получения гидрофобного цемента по изобретению путем формирования несплошной гидрофобной пленочной структуры стеарина на поверхности зерен цемента позволяет получить гидрофобный цемент, сохраняющий гидралитическую активность при хранении во влажной атмосфере и технические показатели при приготовлении бетонных (растворных) смесей и наборе прочности бетона, при существенной экономии энергозатрат при его производстве по сравнению с прототипом. Источники информации 1. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. - Алма-Ата, 1990. - 105 с. 2. А.с. СССР 694469, МПК 04 13/24, 1979. 3. А.с. СССР 821431, МПК 04 13/24, 1981. 4. Патент России 2129206, МПК 04 18/04, 1999. 5. Патент России 2220924, МПК 04 7/02, 2004. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4