Способ приготовления цементных суспензий

(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Автор Шведов Александр Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(56) Файнер М.Ш. Энергосберегающие модификаторы цементов и бетонов // Энергосбережение в строительстве Тез. докл. конф. - Киев-Черновцы НИИСК Композит. - 1996. - С. 64-85.2013422 С 1, 1994.2016885 С 1, 1994.1678811 1, 1991.3722652 1, 1989.(57) Способ приготовления цементных суспензий, включающий активирование электрическим током в течение 30-400 с в процессе непрерывного перемешивания в диэлектрической емкости цемента с водным раствором, содержащим суперпластификатор в качестве добавки гидрофилизующего типа и добавки солей серной кислоты в качестве ускорителя твердения, для активирования используют переменный синусоидальный электрический ток, который изменяют в дискретном разрядно-импульсном режиме при соотношении длительности паузы и импульса 1(1,08-1,5) с амплитудным значением градиента напряжения активации 80-110 В/м или 240-300 В/м, или 650-710 В/м. Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении бетонных смесей для возведения бетонных и железобетонных конструкций. Известны способы приготовления цементных суспензий для ускорения твердения бетонов, включающие непрерывное перемешивание с последующей ультразвуковой и магнитной обработкой 1. Ультразвуковая обработка проводится на частоте 22 кГц с интенсивностью ультразвуковых колебаний 39-41 кВт/м 2, а магнитная обработка проводится при напряжении магнитного поля 0,8-105-1,2-105 А/м. Предлагаемый способ многостадиен, для его осуществления требуется большое количество различного оборудования,а это приводит к усложнению и повышению стоимости. Кроме того, при работе на предложенных параметрах требуются большие энергозатраты. Наиболее близким является способ приготовления цементных суспензий, включающий активирование электрическим током, импульсами частотой 5 Гц, напряжением 1-8 кВ в течение 30-400 с в процессе непрерывного перемешивания цемента с водным раствором, содержащим добавку гидрофилизующего типа, например ЛСТ, находящимся в диэлектрической емкости 2. 8553 1 2006.10.30 Однако существующий способ сложен в осуществлении, так как для его реализации требуется высокое напряжение 1-8 кВ, а это требует дополнительных мер по обеспечению электробезопасности. Кроме того, применение высокого напряжения приводит к большим энергозатратам. Задачей настоящего изобретения является снижение энергозатрат и упрощение процесса приготовления цементных суспензий. Решение поставленной задачи состоит в том, что в известном способе приготовления цементных суспензий, включающем активирование электрическим током в течение 30-400 с в процессе непрерывного перемешивания в диэлектрической емкости цемента с водным раствором, содержащим суперпластификатор в качестве добавки гидрофилизующего типа и добавки солей серной кислоты в качестве ускорителя твердения,для активирования используют переменный синусоидальный электрический ток, изменяющийся в дискретном разрядно-импульсном режиме при соотношении длительности паузы и импульса, равном 1 (1,08-1,5) с амплитудным значением градиента напряжения активации, равном 80-110 В/м или 240-300 В/м, или 650-710 В/м. В процессе активации, под воздействием различных процессов, вызванных прохождением электрического тока через цементную суспензию, происходит обработка цементных зерен, что приводит к повышению активности цементной составляющей. Отличительными признаками заявляемого способа являются иной дискретный разрядно-импульсный режим процесса активировния использование веществ для осуществления способа суперпластификатор в качестве добавки гидрофилизующего типа и соли серной кислоты в составе ускорителя твердения. Предлагаемый режим активирования, в отличие от прототипа, где под действием большого напряжения (энергии) происходит дробление цементных частиц, обеспечивает отвод продуктов реакции с поверхности цементных частиц и образование готовых центров кристаллизации, аналогичных по составу и структуре используемому цементу. Отвод продуктов гидратации происходит из-за соударений носителей тока в электролите, ионов с продуктами гидратации, находящимися на поверхности цементных зерен. При соударениях энергия продуктов гидратации повышается, и они переходят на новые энергетические уровни равновесия. Данные уровни имеют соответствующие значения энергии. Поэтому воздействие должно иметь величину градиента напряжения, которое обеспечит движение ионов со скоростью, позволяющей в момент удара передать продуктам гидратации количество энергии, необходимое для их перехода на другие уровни. После перехода продукты гидратации должны находиться вблизи цементных зерен, где повышенная концентрация ионов и возможно образование центров кристаллизации, а не удаляться в межзерновое пространство. Поэтому для активации необходимо использовать переменный синусоидальный электрический ток. При соотношении длительности паузы и импульса, равном 1(1,08-1,5) продукты гидратации, получившие недостаточное количество энергии или не преодолевшие силы трения, успеют возвратиться в исходное состояние равновесия и повторить цикл. В процессе активации благодаря отводу продуктов гидратации увеличивается некомпенсированный заряд цементных частиц. Это затрудняет дальнейший процесс активации. Поэтому есть необходимость использовать вещества, уменьшающие заряд цементных частиц, к которым относятся добавки - ускорители твердения на основе солей серной кислоты. Суперпластификатор необходим для диспергирования (разделения) цементных частиц и соответственно увеличения площади поверхности, т.е. и количества продуктов гидратации, что в конечном итоге приводит к повышению активности цементной составляющей. Все это приведет к снижению энергозатрат и упрощению процесса приготовления цементных суспензий. 8553 1 2006.10.30 Пример. Для приготовления бетонной смеси состава, кг/м 3 цемент - 320 песок - 731 щебень 1217 вода - 150 суперпластификатор С-3 - 1,93 ускоритель твердения 24 - 0,82, с осадкой конуса 6-10 см используется обработанная цементная суспензия. Приготовление цементной суспензии состава вода - 54 кг суперпластификатор С-3 - 0,51 кг ускоритель твердения 24 - 0,82 кг цемент - 102 кг, производится в диэлектрической емкости синусоидальным электрическим током, изменяющимся в дискретном разрядно-импульсном режиме при соотношении длительности паузы и импульса, равном 11,18, и амплитудном значении градиента напряжения, равном 274 В/м, в течение 240 с. Приготовленная цементная суспензия используется в качестве первой порции воды затворения при приготовлении бетонной смеси. Причем компоненты, идущие на приготовление цементной суспензии, учитываются в общем количестве материалов, идущих на приготовление бетонной смеси. После тщательного перемешивания компонентов и обработанной цементной суспензии вводится оставшаяся часть воды совместно с суперпластификатором С-3. Общая продолжительность перемешивания - 3 мин. Одновременно готовили бетонную смесь по прототипу. При этом в качестве добавки гидрофилизующего типа использовалась добавка Л в количестве 0,2 от массы цемента. Обработку цементной суспензии производили воздействием 200 импульсов электрического тока частотой 5 Гц, напряжением 7 кВ в течение 240 с. Приготовленные бетонные смеси укладывали в формы-кубики размером 100100100 мм и уплотняли на виброплощадке. По истечении 28 суток образцы-кубики испытывали на сжатие по ГОСТ 10180-90. Расход электроэнергии в процессе приготовления фиксировался при помощи электросчетчиков типа - 44 в ГОСТ 6570-75. Данные испытаний и режимы приготовления цементных суспензий приведены в таблице. Режимы способа Показатели способа Вид гидрофилзующей Градиент Соотноше- ПодвижРасход НапряПрочдобавки и напряже- ние длиность электрожение ность количествания об- тельности бетонэнергии на обработбетона,от массы обработки, паузы и ной смеобработку,ки, кВ МПа рабатываеВ/м импульса си, см кВт/ч мого цемента 80 11,5 8 47,8 0,93 90 11,28 10 46 0,89 Суперпласти 110 11,08 6 46,5 0,95 фикатор С-3 240 11,08 6 46,3 1,3 Как видно из таблицы, при использовании предложенного способа характеристики бетонных смесей (подвижность) и бетона (прочность) остаются на одном уровне с прототипом. При этом энергозатраты сокращаются в среднем в 10 раз, а сам процесс упрощается,так как для приготовления цементной суспензии в предлагаемом способе используется напряжение в 20 и более раз меньше, чем в прототипе. 3 8553 1 2006.10.30 Заявленный способ опробован в опытно-промышленных условиях производства строительно-монтажных работ РУП 22 г. Полоцка. Испытания подтвердили эффективность предлагаемого способа. Источники информации 1. Влияние приготовления цементных суспензий на ускорение твердения бетона. Грушко И.М., Бирюков В.А., Селиванов И.К., Киселев И.Ф. // Бетон и железобетон. 1981. -3. - С. 38-40. 2. Файнер М.Ш. Энергосберегающие модификаторы цементов и бетонов // Энергосбережение в строительстве Тез. докл. конф. - Киев - Черновцы, 1996. - С. 64-85 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4