Сырьевая смесь для приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь и способ приготовления жидкой комплексной добавки

 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано в бетонах и растворах нормального твердения. Технический результат - повышение прочности и морозостойкости бетонов нормального твердения. Сырьевая смесь для изготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь содержит, мас.%: порошок серы 4-35, портландцемент 35-55, вода - остальное. Добавку готовят при интенсивном перемешивании компонентов сырьевой смеси до полного растворения серы. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области искусственных строительных материалов и может быть использовано для приготовления бетонов и растворных смесей.

Известна добавка в бетоны в виде сухого препарата, включающая, мас.%: полисульфида кальция - 64 - 67, тиосульфата кальция - 23 - 28, карбоната кальция - 0,3 - 1,1, серы элементарной 5 - 11 [1]. Однако такая добавка малоэффективна и сложна в изготовлении.

Известен также состав бетона, содержащий добавку полисульфида кальция в количестве 6 - 15% от массы заполнителей при рекомендуемом соотношении между цементом и добавкой 4:1 - 2:1 [2].

В сущности под добавкой полисульфида кальция в патенте понимают водный раствор эквимолярной смеси солей полисульфида кальция, тиосульфата кальция и гидратной смеси кальция. Следовательно, известная добавка в качестве исходных компонентов включает известь.

Недостатком бетона с данной добавкой является низкая прочность, а также технические трудности, вызванные необходимостью использования насыщенных растворов добавки либо в виде сухого препарата. В обоих случаях возникает необходимость в специальных мерах защиты и утилизации выделяющегося ядовитого сероводорода.

Техническая задача, решаемая в изобретении, заключается в ускорении процесса твердения бетона с предлагаемой жидкой комплексной добавкой в нормальных условиях и повышении его прочности Поставленная техническая задача решается следующим образом. В сырьевой смеси для приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь, включающей порошок серы, известьсодержащий компонент и воду, в качестве известьсодержащего компонента используют портландцемент при следующем соотношении компонентов в мас.%: порошок серы 4 - 35, портландцемент 35 - 55, вода - остальное. Способ приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь включает интенсивное перемешивание известьсодержащего компонента - портландцемента, порошка серы и воды, причем добавку готовят путем предварительного перемешивания портландцемента с водой, с последующим введением в полученную суспензию порошка серы, при этом перемешивание ведут до завершения реакций твердофазных превращений в гидратирующемся цементе, полного связывания серы с образованием полисульфидсодержащих соединений и получения суспензии гидратированного цемента в полисульфидсодержащем растворе.

Предложенный оптимальный состав сырьевой смеси и способ приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь, особенностью которого является гидравлическая обработка компонентов до полного связывания серы, позволяет получить эффективную комплексную добавку в бетоны в виде суспензии гидратированного цемента в полисульфидсодержащем растворе. Введение предлагаемой добавки в бетон приводит к ускорению процесса его твердения в нормальных условиях и повышению прочности.

Жидкая комплексная добавка в бетонную смесь приготавливается и используется в виде суспензии, образующейся в результате гидравлической обработки исходных материалов, а не ее жидкой части, что исключает из процесса операцию фильтрования весьма вязкой трудно осветляющейся суспензии.

Вместе с тем высокая минерализация жидкой комплексной добавки в бетонную смесь при относительно невысоком содержании в ней серы исключает выделение ядовитого сероводорода как в процессе ее приготовления, так и использования.

При приготовлении жидкой комплексной добавки смесь цемента и порошка серы элементарной подвергают гидравлической обработке при интенсивном механическом перемешивании в течение периода времени, необходимого для осуществления гидратации составляющих цемента и связывания серы в образующейся в результате гидратации растворе по реакции 3Ca(OH)₂ + 2(n+1)S^o = 2CaSn + CaS₂O₃ + 3H₂O (1) По природе добавка является комплексной и включает в качестве конечных компонентов продукты гидратации цемента, полисульфиды и тиосульфат кальция в растворе, образующиеся по реакции (1), и продукты взаимодействия соединений связанной серы с продуктами гидратации цемента, а также со свободными окислами магния, железа, хрома, алюминия и со щелочами. Причем соотношение перечисленных компонентов в образующих добавку новой твердофазной цементной композиции и в жидкой фазе определяется соотношением серы и цемента в исходной суспензии, а содержание компонентов в бетонной смеси в свою очередь соотношением цемента и жидкой комплексной добавки в вяжущем. В частности, принятое количество жидкой комплексной добавки в бетонной смеси и соотношение в ней составляющих компонентов наиболее полно решает поставленную задачу.

Пример. Готовят равноподвижные бетонные смеси (О.К. равна 4 - 6 см) из цемента М400, песка с Мкр = 1,75, щебня известнякового фракции 5 - 10 мм и добавки.

Из бетонной смеси формуют образцы-кубы 10x10x10 см, уплотняют на вибростоле по стандартной методике и выдерживают в нормальных условиях. Причем готовят отдельные образцы по прототипу, образцы с добавкой цемента, подвергнутого гидравлической обработке без серы, именуемой в дальнейшем добавкой гидратированного цемента, образцы с предлагаемой жидкой комплексной добавкой и контрольные марочного бетона.

Добавку по прототипу готовят растворением порошка серы элементарной в известковом молоке до насыщения раствора серой (насыщенный раствор содержит общей связанной серы в количестве 220 г/л), после чего раствор отделяют от нерастворившегося твердого остатка фильтрованием.

Суспензированную предлагаемую жидкую комплексную добавку готовят аналогично растворением порошка серы в водной суспензии портландцемента. При этом берут расчетное количество цемента и серы и ведут процесс до полного связывания серы в цементно-известковой суспензии, образующейся в процессе гидравлической обработки в качестве промежуточного продукта. В качестве же конечного продукта получают суспензию гидратированного цемента в полисульфидсодержащем растворе, которую используют как жидкую комплексную добавку в бетонную смесь.

Образцы на разных стадиях твердения испытывают на прочность при сжатии. Испытание проводят по ГОСТ 10180-78.

В таблице приведены составы испытываемых образцов бетона и результаты этих испытаний.

Из таблицы следует, что все полисульфидсодержащие добавки, в том числе и в виде насыщенного раствора в прототипе, снижают водопотребление при затворении бетонной смеси (опыты 2, 4 - 13).

Бетон по прототипу с добавкой полисульфида кальция в виде насыщенного раствора по сравнению с контрольным марочным имеет большую начальную прочность (за период твердения до 7 суток значение относительной прочности составляет 143%). Однако конечная прочность за период до 28 суток твердения становится даже ниже прочности контрольного.

В то же время бетон с добавкой цемента, подвергнутого предварительной гидравлической обработке (опыт 3) в противоположность бетону по прототипу имеет низкую начальную и высокую конечную прочность. Так, за период до 7 суток прочность относительно контрольного бетона составляет лишь 77%. Конечная же за 28 суток твердения составляет 120%.

Бетон с предлагаемой жидкой комплексной добавкой в отличие от бетона опытов 2 - 3 характеризуется стабильным нарастанием прочности в течение всего срока твердения. Причем прочность такого бетона в целом выше прочности бетона опытов 2 - 3 и зависит от состава и количества жидкой комплексной добавки. В частности, при оптимальном количестве добавки (9 - 40% от массы вяжущего) и соотношении в ней искомых компонентов (45 - 50% портландцемента и 8 - 27% серы) прочность такого бетона на всех этапах нормального твердения значительно выше лучших показателей начальной прочности бетона по прототипу и конечной у бетона с добавкой гидратированного цемента. Следовательно, показатели твердения бетона с предлагаемой жидкой комплексной добавкой превышают показатели полного твердения бетона по прототипу и с добавкой гидратного цемента, в этом смысле предлагаемая жидкая комплексная добавка является наиболее универсальной, так как в отличие от прототипа решает задачу повышения прочности марочного бетона одинаково положительно на всех стадиях твердения и в большей степени.

Таким образом, предложенная жидкая комплексная добавка по сравнению с известной является наиболее эффективной. Использование жидкой комплексной добавки позволяет существенно ускорить твердение одинаково на всех стадиях (ранней, промежуточной и конечной), что сокращает в условиях твердения затраты за счет экономии технологического пара, сокращения количества форм и капитальные затраты за счет сокращения производственных площадей.

С другой стороны, жидкая комплексная добавка позволяет получить бетон целевого назначения с более высокой по сравнению с прототипом прочностью либо сократить расход цемента и снизить цеховые затраты на производство бетона и изделий из него.

Дополнительным достоинством предлагаемой жидкой комплексной добавки является ее безопасность и то, что существенно упрощается ее приготовление за счет сокращения ассортимента используемых исходных материалов: вместо извести в состав исходной смеси включают цемент, используемый так или иначе в производстве бетона, а также за счет введения ее в бетонную смесь непосредственно в виде суспензии, а не жидкой фазы, как в прототипе, где требуется дополнительное фильтрование вязкой суспензии.

И, наконец, и известный, и предлагаемый способы приготовления добавки являются достаточно энергоемкими, поэтому меньшее содержание серы в предлагаемой жидкой комплексной добавке и в целом в бетонной смеси существенно снижает затраты на ее связывание и, следовательно, удешевляет производство бетона в целом.

Источники информации 1. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Ч.1. - Л.: Химия, 1974, с. 502, 2. Патент США N 4193811, кл. 106/96, C 04 B 7/02, 1980 (прототип).

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь, включающая порошок серы, известьсодержащий компонент и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве известьсодержащего компонента портландцемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Порошок серы - 4 - 35 Портландцемент - 35 - 55 Вода - Остальное
2. Способ приготовления жидкой комплексной добавки в бетонную смесь, включающий интенсивное перемешивание известьсодержащего компонента, порошка серы и воды, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащего компонента используют портландцемент, а добавку готовят путем предварительного перемешивания портландцемента с водой с последующим введением в полученную суспензию порошка серы, причем перемешивание ведут до завершения реакций твердофазных превращений в гидратирующемся цементе, полного связывания серы с образованием полисульфидсодержащих соединений и получения суспензии гидратированного цемента в полисульфидсодержащем растворе.

РИСУНКИ

Рисунок 1