Способ получения жидкости затворения цемента

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам обработки жидкости затворения цемента. Технический результат - снижение энергозатрат при обработке жидкости затворения и увеличение прочности цементного камня в ранние сроки твердения. В способе получения жидкости затворения цемента, включающем электрохимическую обработку водопроводной воды в трехкамерном электролизере с ионселективными мембранами с последующим использованием обработанной воды для затворения цемента, для затворения цемента используют обработанную водопроводную воду, отобранную из средней, или катодной, или анодной камер, причем электрохимическую обработку воды ведут переменным асимметричным током при напряжении 40 - 50 В, частоте 500-600 Гц при отношении амплитуд прямой и обратной полуволн тока 1,6-1,7. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам обработки жидкости затворения для приготовления бетонной смеси, и направлено на повышение прочности цементного камня.

Известен способ водоподготовки в технологии приготовления бетонной смеси, когда воду перед смешением с другими компонентами обрабатывают постоянным электрическим током в бездиафрагменном электролизере. При этом обработку воды осуществляют при анодной плотности тока на электродах (0,1-2,0)·10² А/м², а суммарная площадь анодов относится к суммарной площади катодов как 1: (1,0-2,5). Кроме того, перед обработкой постоянным электрическим током или после нее воду дополнительно обрабатывают магнитным полем напряженностью (0,01-2,0)·10⁴ А/м [1].

Недостатками известного способа являются его сложность и высокая энергоемкость, связанные с комплексной обработкой жидкости затворения постоянным электрическим током и магнитным полем.

Известен также способ приготовления жидкости затворения бетонной смеси, заключающийся в том, что в воду вводят соли жесткости, после чего раствор подвергают гидромеханическому воздействию с последующей обработкой жидкости в электролизере переменным электрическим током (U=30-60 В, i=0,01-0,025 А/см²; f=50-200 Гц), после чего жидкость обрабатывают магнитным полем 300-500 Э [2].

Недостатками этого способа являются его нетехнологичность, сложность и высокая энергоемкость, связанные с реализацией операций химического, гидромеханического, электрохимического и магнитного воздействий на жидкость затворения.

Наиболее близким по количеству существенных признаков и достигаемому результату является способ получения цементного камня, включающий электрохимическую обработку жидкости затворения в трехкамерном электролизере постоянного тока. При этом в среднюю камеру электролизера подают 1-3% раствор хлорида кальция, а в крайние камеры - водопроводную воду. Электрохимический процесс ведут при выпрямленном напряжении 220 В. Цемент затворяют раствором из анодной или катодной камеры. При этом прирост прочности цементного камня составляет до 45% в возрасте 1 суток и до 58% в возрасте 28 суток по сравнению с прочностью цементного камня, затворенного водопроводной водой [3].

К недостаткам прототипа [3] следует отнести его нетехнологичность, связанную с использованием при электрохимической обработке жидкости затворения химического компонента (1-3% раствор CaCl₂) и применением высокого напряжения, что делает использование данного способа энергоемким и небезопасным. Кроме того, прирост прочности цементного камня, особенно в ранние сроки твердения, невысок и составляет около 45%.

В основу изобретения положена задача упрощения технологии и снижения энергозатрат при обработке жидкости затворения, при этом технический результат заключается в увеличении прочности цементного камня в ранние сроки твердения.

Поставленная задача решена следующим образом. Согласно заявляемому способу, жидкость затворения (водопроводную воду) обрабатывают в трехкамерном электролизере с ионселективными мембранами переменным асимметричным током с отношением амплитуд прямой и обратной полуволн тока, равным 1,6-1,7 (коэффициент асимметрии), напряжением 40-50 В, частотой 500-600 Гц. При этом для затворения цемента берут растворы из анодной, катодной или средней камер электролизера.

Общее между заявляемым способом и прототипом в том, что электрохимическую обработку жидкости затворения осуществляют в трехкамерном электролизере с ионселективными мембранами, а в качестве жидкости затворения берут жидкости из анодной или катодной камер электролизера.

Отличие заявляемого способа от прототипа состоит в том, что электрохимическую обработку жидкости затворения ведут асимметричным переменным током, напряжением 40-50 В, частотой 500-600 Гц, с коэффициентом асимметрии, равным 1,6-1,7. Для затворения цемента используют обработанную водопроводную воду из средней, или катодной, или анодной камер электролизера. Дополнительно следует отметить, что при реализации заявляемого способа не требуется введения химических добавок и электрохимический процесс ведут при гораздо более низком напряжении (40-50 В), по сравнению со способом прототипа (220 В). Проведенный анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны и существенных признаков заявляемого способа.

Электрохимическая обработка водопроводной воды асимметричным переменным током в трехкамерном электролизере с ионселективными мембранами усиливает химическую активность жидкости, то есть активизирует ее. Затворение цемента электрохимически активированной водой оказывает влияние на процессы растворения, гидратации, гидролиза, что в целом приводит к повышению прочности цементного камня, особенно, в ранние сроки твердения. В межэлектродном пространстве электролизера под действием асимметричного переменного тока (S= 1,6-1,7) в заданном диапазоне частот (500-600 Гц) происходит ориентация и направленное движение ионов и молекул воды к электродам, создаются условия, при которых проявляются резонансные эффекты в двойном электрическом слое (ДЭС) на плоскости электродов. Структурные изменения, начавшиеся у межфазной границы в ДЭС, благодаря когерентному движению молекул воды и водородным связям, распространяются вглубь жидкой фазы, формируются ориентационные структуры, в которых при воздействии слабых электромагнитных полей возможно спонтанное нарушение их симметрии и дальнейшее разрушение. Таким образом, изменение надмолекулярной структуры воды значительно увеличивает ее химическую активность и, как следствие, влияет на процесс структурообразования цементного камня, приводит к повышению его прочности.

На чертеже представлена электрическая схема для получения жидкости затворения. Электрическая схема включает в себя задающий генератор 1, частотомер 2, усилитель мощности 3 с трансформатором 4, первичная обмотка 5 которого подключена к выходу усилителя 3, а вторичная обмотка 6 через диоды 7, 8, резистор 9 и токовый шунт 10 подключена к электролизеру 11. Для измерения амплитудных значений токов и напряжений применялся осциллограф 12, один вход которого подключен к шунту 10 для измерения тока, а второй - к электролизеру 11 для измерения напряжения.

Пример. Для приготовления цементного камня используют портландцемент М 300, в качестве жидкости затворения - водопроводную воду. Электролизер выполнен трехкамерным, проточным. Средняя камера электролизера образована ионселективными мембранами МК-40 и МА-40. Катод, площадью 30 см², изготовлен из нержавеющей стали, анод выполнен из прессованного графита. Процесс электрохимической обработки ведут на переменном асимметричном токе (S=l,6-l,7) при напряжении 40-50 В, частоте 500-600 Гц. При таких режимах обработки pH растворов (воды) в анодной, катодной и средней камерах электролизера изменяется незначительно: на 0,1-0,2 единицы по сравнению с водопроводной (необработанной) водой, температура полученных растворов увеличивается на 0,5-1,0^oC. Полученными растворами затворяют цемент (В/Ц=0,27) и формуют кубики размером 3х3х3 см, которые твердеют в естественно-влажных условиях. В установленные сроки (7-28 суток) образцы испытывают на прочность при сжатии. Для контроля по такой же технологии были приготовлены образцы на водопроводной (необработанной) воде. Прочность при сжатии цементного камня, затворенного водопроводной водой, составила в возрасте 7 и 28 суток соответственно 134 и 285 кгс/см². Результаты испытаний представлены в таблице "Прочностные характеристики цементного камня, затворенного электрохимически обработанной водой.

Как видно из таблицы, максимальный прирост прочности (81-113%) в возрасте 7 суток и (58-65%) в возрасте 28 суток имеют образцы, затворенные растворами из катодной или средней камер электролизера, полученными при напряжении 40-50 В, частоте 500-600 Гц, коэффициенте асимметрии S=l,6-1,7. При использовании в качестве жидкости затворения раствора из анодной камеры прирост прочности цементного камня при сжатии в возрасте 7 суток составляет 80-97%, что выше, чем у прототипа, а прирост прочности в возрасте 28 суток - 16-21%, что ниже, чем у прототипа.

Обработка воды при напряжении менее 40 В, переменном токе менее 0,15 А и коэффициенте асимметрии менее 1,6 снижает активность жидкости затворения и, как следствие, приводит к снижению прочности, особенно при использовании жидкости из анодной камеры (анолита). Использование напряжений более 50 В и частоты более 600 Гц повышает расход электроэнергии, усложняет оборудование и его эксплуатацию, а также приводит к нестабильности результатов, особенно при использовании в качестве жидкости затворения раствора из анодной камеры.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает прирост прочности в ранние сроки твердения более чем в два раза. При этом расход энергии составляет 0,4-0,5 кВт·час на 1 м³ обработанной воды, тогда как в прототипе (U = 220 В) расход энергии составляет 1,2-1,3 кВт·час на 1 м³ воды.

Источники информации, используемые при составлении описания: 1. Патент Российской Федерации N 2017702, М. кл⁵ C 04 B 40/00, Бюл. N 15, 15.08.94.

2. Патент СССР N 1782230, М. кл⁵. C 04 B 40/00, Бюл. N 46, 15.12.92.

3. Авт. св. N 1705266, М. кл⁵ C 04 B 40/00, Бюл. N 2, 15.01.92.

Формула изобретения

Способ получения жидкости затворения цемента, включающий электрохимическую обработку водопроводной воды в трехкамерном электролизере с ионоселективными мембранами с последующим использованием обработанной воды для затворения цемента, отличающийся тем, что для затворения цемента используют обработанную водопроводную воду, отобранную из средней, или катодной, или анодной камер, причем электрохимическую обработку воды ведут переменным асимметричным током при напряжении 40 - 50 В, частоте 500 - 600 Гц при отношении амплитуд прямой и обратной полуволн тока, равном 1,6 - 1,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2