ПРИМЕНЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА. СПОСОБ Российский патент 2000 года по МПК C04B24/20 C04B7/51 C04B7/52 

Изобретение относится к строительству и строительным материалам, в частности к составам цементсодержащих бетонных смесей с органическими добавками, и может быть использовано для изготовления монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Специальные катализаторы для гидратации (твердения) цемента не описаны.

Известны химические добавки к бетонным смесям, влияющие на процесс твердения цемента. См. Сб. ВНИИНТИИЭПСМ:
1. Промышленность строительных материалов, серия 3, Промышленность сборного железобетона, обзорная информация, выпуск 3, ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК В БЕТОНЕ, М., 1982;
2. Научно-технические достижения и передовой опыт в производстве строительных материалов, аналитический обзор, ДОБАВКИ В ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН, М., 1990.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является суперпластификатор С-3 - на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Однако эту химическую добавку нельзя отнести к катализаторам, поскольку ее минимальное количество составляет не менее 0,5% от веса цемента (см., например, патенты RU N 2026270, кл. 6 C 04 B 28/04//(C 04 B 28/04, 24:30, 22:08), 1995; N 2029749, кл. 6 C 04 B 7/52, 1995).

Задачей изобретения является поиск эффективного катализатора гидратации цемента, который бы позволил:
- улучшить формовочные свойства цементсодержащей бетонной смеси;
- увеличить прочность цементсодержащего бетона в ранние сроки твердения при сохранении или увеличении прочности в проектном возрасте;
- увеличить коэффициент эффективности использования добавки (отношение прочности бетона к расходу добавки).

Поставленная задача решается применением в качестве катализатора гидратации цемента натриевых солей полисульфокислот нафталина, содержащих не менее двух сульфогрупп. Эти соли могут быть применены как в виде водного раствора, так и в сухом виде при обработке в процессе подготовки цемента к гидратации.

Ранее натриевые соли полисульфокислот нафталина использовали в качестве исходных веществ в синтезе полупродуктов и красителей, а также ПАВ и текстильно-вспомогательных веществ (см. Хим. энц., т. 3, с. 192, научное издат-во "Большая Российская энциклопедия", М. , 1992), причем натриевая соль 1,3,5,7-тетрасульфокислоты нафталина до настоящего времени применения в промышленности не находила.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что в качестве катализатора гидратации цемента может быть использована натриевая соль любой сульфокислоты нафталина, содержащей не менее двух сульфогрупп. Присутствие в молекуле полисульфокислоты нафталина других заместителей (например, амино-, нитро-, окси- и т.п.) не оказывает отрицательного влияния на гидратацию цемента.

Активность катализатора зависит от числа и расположения сульфогрупп в молекуле сульфокислоты. Так, для получения одинакового результата расход натриевой соли 1,5-сульфокислоты нафталина составляет 40 мг на 1 кг цемента, расход натриевой соли 2,6-дисульфокислоты нафталина составляет 10 мг на 1 кг цемента, расход натриевой соли 8-амино-4-нафтол-3,6-дисульфокислоты (Аш-кислота) также составляет 10 мг на 1 кг цемента, расход натриевых солей 1,3,5- и 1,3,6-трисульфо-, а также 1,3,5,7-тетрасульфокислоты нафталина составляет 4 мг на 1 кг цемента.

Натриевые соли полисульфокислот нафталина хорошо растворимы в воде и могут быть введены в цементсодержащую бетонную смесь вместе с водой затворения. В сухом виде они могут быть введены непосредственно в цемент при помоле клинкера или при домоле цемента.

Применение их в качестве катализатора гидратации цемента обеспечивает усиление эффекта ускорения твердения бетона в ранние сроки.

Предлагаемый катализатор гидратации цемента позволяет не менее чем в два раза сократить длительность изотермической выдержки при производстве бетонных изделий. Одновременно достигается прирост прочности бетона в проектном возрасте и улучшение формовочных свойств бетонной смеси. Одна и та же прочность бетона в присутствии катализатора гидратации цемента достигается в более мягких условиях, при значительно меньшем расходе энергоносителя.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Примеры 1-14 показывают результаты использования катализатора в цементсодержащих бетонных смесях в сравнении с такими же смесями без добавок. Катализатор вводили в бетонную смесь с водой затворения. Количество остальных компонентов бетонной смеси не изменяли ни для контрольных (без катализатора), ни для применяемой сульфокислоты. Конкретные примеры составов бетонных смесей представлены в табл. 1, а результаты их испытаний - в табл. 2. Влияние катализаторов на гидратацию цемента в цементсодержащих бетонных смесях исследовали в условиях ОАО "ЛЗКПД" п.Котельники, Московской обл.

Примеры 15-21 иллюстрируют результаты использования катализатора при помоле цементного клинкера (см. табл. 3), а примеры 22-23 - при домоле цемента (см. табл. 4). Помол клинкера и домол цемента осуществляли на виброшаровых мельницах в условиях АО "Воскресенскцемент".

Состав катализаторов в условиях заводов не раскрывался.

Термин "натриевая соль" для каждой конкретной полисульфокислоты нафталина означает, что у всех сульфогрупп этой кислоты атом водорода замещен атомом натрия.

Группа изобретений относится к строительству и строительным материалам, в частности к составам цементосодержащих бетонных смесей с органическими добавками. Применение в качестве катализатора гидратации цемента натриевых солей полисульфокислот нафталина позволяет не менее чем в два раза сократить длительность изотермической выдержки при производстве бетонных изделий. Одна и та же прочность бетона в присутствии предлагаемого катализатора достигается в более мягких условиях, при значительно меньшем расходе энергоносителя. Катализатор может быть введен в цементосодержащую бетонную смесь с водой затворения либо в сухом виде непосредственно в цемент при помоле клинкера или домоле цемента. Достигается усиление эффекта ускорения твердения бетона в ранние сроки. 3 с.п. ф-лы, 4 табл.

1. Применение натриевых солей полисульфокислот нафталина в качестве катализатора гидратации цемента. 2. Способ гидратации цемента с использованием катализатора по п.1, в виде водного раствора при затворении цементосодержащей бетонной смеси. 3. Способ обработки цемента с использованием катализатора по п.1 в сухом виде при помоле клинкера или домоле цемента.