ПЛАСТИФИКАТОР СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C04B22/06 C04B28/02 

Изобретение относится к области производства строительных растворов и связано с транспортировкой их на большие расстояния.

При изготовлении цементно-песчаных строительных смесей для повышения их удобоукладываемости вводят неорганические (известь, глину и др.) или органические (мылонафт, подмыльный щелок др.) пластифицирующие добавки.

Известно и получило широкое распространение решение по применению в качестве пластифицирующей добавки в строительных смесях воздушной строительной извести в виде теста или молока плотностью 1,5.1,1 кг/л [1]
Недостатком данного решения является экономическая нецелесообразность применения вяжущего (извести) в качестве пластифицирующей добавки, так как стоимость извести соизмерима со стоимостью высокомарочного портландцемента. Кроме того, в большинстве случаев применяется магнезиальная известь, пластифицирующий эффект которой снижается по мере увеличения в ее составе Mg(OH)₂.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению является пластифицирующая добавка строительных смесей в виде кальцийсодержащего шлама водоумягчения теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), имеющего следующий химический состав, в мас. [2]
CaO 35.40
Al₂O₃ 1.2
Fe₂O₃ 2.3
П.П.П 30.35
MgO 5.12
SiO₂ 1.3
SO₃ остальное,
что соответствует следующему вещественному составу, мас.

CaCO₃ 39.59
CaSO₄ 5.44
Al(OH)₃ 1.2
Fe(OH)₃ 2.4
SiO₂ 1.3
Mg(OH)₂ 7.17.

Пластифицирующая способность этой добавки недостаточна из-за значительного количества CaCO₃ и CaSO₄, представленных в виде субмикрокристаллов, адсорбционная способность которых значительно уступает Ca(OH)₂. Кроме того, пластифицирующий эффект шлама проявляется только в момент приготовления смеси и со временем падает, что отрицательно сказывается на жизнеспособности смеси: уменьшается его водоудерживающая способность и возрастает расслаиваемость.

Цель изобретения повышение жизнеспособности растворной смеси за счет интенсификации адсорбционных процессов.

Сущность изобретения заключается в том, что, с целью увеличения адсорбционной способности, в растворную смесь вводится кальцийсодержащий шлам следующего вещественного состава, мас.

CaCO₃ 36.44
Fe(OH)₃ 17.19
Al(OH)₃ 15.18
Ca(OH)₂ 10.12
Mg(OH)₂ 4.8
MgCO₃ 4.6
CaSO₄ 2.4
SiO₂ 1.2.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая пластифицирующая добавка отличается от известной повышенным содержанием гидроксидов алюминия и железа, находящихся на ионном и коллоидном уровне.

Согласно работам П.А.Ребиндера адсорбционная способность ионов зависит от их валентности и радиуса, а значит уменьшается в ряду:

В соответствии с этим заявляемая пластифицирующая добавка существенно эффективнее прототипа. Кроме того, за счет содержания коллоидных частиц увеличивается дисперсность заявляемой добавки [S_y= (11.12)•10³ см²/г] по сравнению с прототипом [S_y=(5,6.8)•10³ см²/г] что также способствует увеличению адсорбционной способности, сохраняющейся в течение длительного времени.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кальцийсодержащий шлам образуется при нейтрализации отхода обработки алюминиевых сплавов известковым молоком в присутствии коагулянтов сульфата железа и сульфата алюминия.

Для экспериментной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 смесей ингредиентов, 3 из которых показали оптимальные результаты.

Смеси ингредиентов готовились на отобранных пробах с очистных сооружений, которые отличались по удельной поверхности и, как следствие, химическому составу.

Вещественные составы шламов и известных пластифицирующих добавок представлены в табл. 1, а результаты испытаний цементно-песчаных растворов с добавками приведены в табл. 2.

Растворные смеси готовились на ПЦ "400" и кварцевом песке с модулем крупности 1,1. Добавка шлама составила 15% от массы цемента (в пересчете на сухое вещество). Для объективности сравнения параллельно заявляемой пластифицирующей добавки были испытаны в прямом эксперименте составы с добавками по аналогу (известь) и прототипу (шлам ТЭЦ).

Конкретные составы растворов были приготовлены при следующих расходах компонентов на 1 м³ смеси, кг:
портландцемент 300
кварцевый песок 1800
пластифицирующая добавка 45.

Жизнеспособность растворных смесей оценивалась изменением пластичности, водоудерживающей способности и расслаиваемости по времени.

Поскольку расслаиваемость основная характеристика жизнеспособности растворной смеси, ее определение производилость 4 раза: в момент приготовления смеси, через 39, 60 и 120 минут.

Расслаиваемость растворной смеси определялась общепринятым методом при вибрировании ее в цилиндре в течение 30 с и выражалась разницей в показаниях пластичности смеси из верхней и нижней части цилиндра.

Подвижность растворной смеси характеризовалась глубиной погружения в нее стандартного конуса в см. Подвижность во всех составах была принята постоянной, равной 7 см, и регулировалась введением необходимого количества воды.

Водоудерживающая способность растворных смесей характеризовалась показателем, определяемым как частное от деления подвижности смеси после вакуумирования на подвижность смеси в момент изготовления и выражалась в процентах. Обезвоживание смеси производилось в течение 1 мин при разрежении 50 мм рт.ст.

Прочность раствора определялась сжатием стандартных образцов размером 70,7 x 70,7 x 70,7 мм на 28 сут твердения в нормальных условиях.

Оптимальные результаты, отвечающие поставленной цели, получены на составах N 3.5. Из анализа результатов следует:
показатель водоудерживающей способности растворной смеси с заявленной пластифицирующей добавкой в среднем на 13% превышает показатель прототипа и на 40% аналога;
жизнеспособность растворных смесей с пластифицирующей добавкой гораздо выше, чем в известных решениях; даже через 2 ч расслаиваемость смеси составила 1,5.2,5 см, что в среднем в 2 раза меньше прототипа и в 3 раза аналога.

Составы 6 и 7 поставленной цели не отвечают и в формулу изобретения не включены.

Характеристики растворных смесей заявляемых составов 3.5 показывают, что поставленная цель повышение жизнеспособности растворных смесей - достигнута. Таким образом, данная пластифицирующая добавка придает строительным растворам новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Кроме эффекта, достигаемого целью изобретения повышение жизнеспособности растворов, использование заявляемого изобретения позволяет найти полезное применение многотоннажному отходу промышленности.

Внедрение предлагаемого решения не потребует капитальных затрат.

Использование: получение строительных растворов. Сущность: пластифицирующая добавка для строительных растворов содержит шлам, образующийся при нейтрализации отхода обработки алюминиевых сплавов известковым молоком в присутствии коагулянтов - сульфата железа и сульфата алюминия, содержащий следующие компоненты, мас. %: CaCO₃ 36 - 44, Fe(OH)₃ 17 - 19, Al(OH)₃ 15 - 18, Ca(OH)₂ 10 - 12, Mg(OH)₂ 4 - 8, MgCO₃ 4 - 6, CaSO₄ 2 - 4, SiO₂ 1 - 2. При использовании добавки обеспечивается повышение жизнеспособности растворной смеси за счет интенсификации адсорбционных процессов. 2 табл.

Пластифицирующая добавка для строительных смесей, включающая кальцийсодержащий шлам отход производства, отличающаяся тем, что в качестве кальцийсодержащего шлама она содержит шлам, образующийся при нейтрализации отхода обработки алюминиевых сплавов известковым молоком в присутствии коагулянтов сульфата железа и сульфата алюминия, содержащий следующие компоненты, мас.

CaCO₃ 36 44
Fe(OH)₃ 17 19
Al(OH)₃ 15 18
Ca(OH)₂ 10 12
Mg(OH)₂ 4 8
MgCO₃ 4 6
CaSO₄ 2 4
SiO₂ 1 2с