способ активации заполнителей цементного бетона

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/см ². 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/см 3	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