КОМПОЗИЦИЯ С УМЕНЬШЕННОЙ СПОСОБНОСТЬЮ К СЛЕЖИВАЕМОСТИ ИЛИ СХВАТЫВАНИЮ ВО ВРЕМЯ ХРАНЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C04B7/00 C04B28/02 C04B28/04 C04B28/06 C04B24/04 C04B103/22 

Настоящее изобретение касается неорганических связующих, в частности гидравлических связующих, таких как портландцементы или глиноземистые цементы с повышенной устойчивостью к старению.

Более конкретно, оно относится к гидравлическим связующим на основе неорганических силикатов и/или алюминатов, обладающих повышенной устойчивостью к старению, способу изготовления указанных связующих, к их применению и к изделиям, полученным с такими связующими.

Гидравлические связующие представляют собой, обычно, цементы на основе неорганических силикатов и/или алюминатов, используемые в многочисленных отраслях промышленности, более конкретно в области строительства, для создания инфраструктур зданий, инженерных сооружений, жилых помещений или домов. Равным образом цементы используют в буровой промышленности и, более конкретно, в нефтяной промышленности. Гидравлические связующие получают из природных материалов, которые обрабатывают при очень высокой температуре для того, чтобы удалить воду и превратить материалы в неорганические соединения, способные взаимодействовать с водой с получением связующего, которое после сушки образует плотную массу с хорошими механическими свойствами. Порошок, получаемый на выходе из мельницы, имеет гранулометрию меньше 100 мкм. Полученный порошок либо засыпают в бункера, либо расфасовывают по емкостям меньшего объема, таким таким как мешки, перед использованием порошка, например, для изготовления бетона или связующего строительного раствора. Таким образом, данный порошок может оставаться в упомянутых емкостях в течение довольно очень продолжительного времени и подвергаться воздействию, в частности, атмосферной влаги.

Хотя при изготовлении емкостей, предназначенных для хранения цемента или гидравлического связующего, принимают соответственно меры предосторожности, продукты тем не менее могут слеживаться или частично схватываться под воздействием атмосферной влаги. Такое явление делает гидравлическое связующее непригодным для использования или затрудняет обращение с ним, например его перенос из бункеров в транспортные цистерны либо из питающих бункеров на строительные площадки или на завод. Данное явление может влиять на свойства изделий или на качество сооружений, выполненных с использованием такого связующего.

В качестве гидравлического связующего, обладающего указанными недостатками, можно назвать:

- портландцемент,

- глиноземистый или литой цемент,

- быстросхватывающийся цемент,

- природные цементы типа VICALPE и RAPIDE.

Гидравлические связующие также могут упаковываться в смеси с другими добавками, такими как песок, с образованием строительного состава, готового к применению. Однако недостаток, указанный выше, наблюдается и для состава данного типа.

Одна из задач настоящего изобретения заключается в разработке гидравлических связующих, которые позволили бы очень сильно уменьшить или избежать явлений комкования или отверждения порошков во время их хранения перед их практическим использованием.

Для ее решения первым объектом изобретения являются гидравлические связующие на основе неорганических силикатов и/или алюминатов, отличающиеся тем, что они содержат органическое соединение, содержащее по меньшей мере две функциональные группы гидрофильного характера и одну органическую цепочку гидрофобного характера.

Массовая концентрация этого органического соединения в гидравлическом связующем находится, преимущественно, в интервале от 0,05 до 10 мас.% по отношению к массе гидравлического связующего, предпочтительно, от 0,05 до 5%, преимущественно, от 0,1 до 2%.

Под функциональной группой гидрофильного характера подразумевают функциональные группы, которые обеспечивают совместимость со средой, содержащей воду. Кроме того, эти гидрофильные функциональные группы преимущественно обладают способностью взаимодействовать с катионами металлов или металлическими элементами, присутствующими в гидравлическом связующем.

Функциональные группы согласно изобретению представляют собой, в частности, карбоксильные функциональные группы, ангидридные группы кислот, галогенангидридные группы кислот, группы первичных аминов. Предпочтительными функциональными группами согласно изобретению являются кислотные функциональные группы или ангидридные группы кислот.

Гидрофобный характер органического продукта придается алифатической, ароматической, алкилароматической или арилалифатической углеводородной цепью. Предпочтительными являются алифатические и арилалифатические цепи, линейные или циклические, разветвленные или замещенные. Преимущественно, они содержат от 2 до 13 атомов углерода.

Согласно другой характеристике изобретения органическое соединение смешивают, преимущественно, с порошкообразным связующим, полученным после обжига. Органическое соединение вводят либо в порошкообразной или гранулированной форме, либо в виде жидкости, чтобы пропитать или покрыть оболочкой зерна, образующие порошок органического связующего. Поэтому органические соединения, обладающие пленкообразующими свойствами, будут более предпочтительными. Однако указанное свойство является лишь предпочтительным. Таким образом, органическое соединение, не являющееся пленкообразующим, но способное смачивать и адсорбироваться на зернах гидравлического связующего, также подходит для целей изобретения.

В рамках изобретения гидравлическое связующее может представлять собой либо цемент, либо состав, содержащий цемент с различными добавками, чтобы образовать готовую к применению композицию после добавления воды и, в случае необходимости, наполнителей, таких как песок.

В качестве органических соединений, подходящих для изобретения, можно назвать многоосновные карбоновые кислоты, в частности двухосновные карбоновые кислоты, такие как глутаровая кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, октандикислота, себациновая кислота, додекандикислота, брассиловая кислота и их ангидриды и галогенангидриды, фталевые кислоты, такие как ортофталевая, терефталевая, изофталевая кислоты.

Не выходя за рамки изобретения, можно использовать смеси кислот, более конкретно смесь адипиновой, янтарной и глутаровой кислот. Данная смесь является побочным продуктом промышленных способов получения адипиновой кислоты.

Связующие согласно изобретению являются менее чувствительными к поглощению влаги, что таким образом увеличивает срок их хранения в различных складских емкостях, таких как, например, бункеры, мешки, контейнеры. Кроме того, текучесть порошка во время операции опорожнения упаковок улучшена.

Другой объект изобретения относится к способу изготовления гидравлических связующих с повышенной стойкостью к старению. Данный способ заключается в смешивании порошка гидравлического связующего, выходящего из печей, где его изготавливают с органическим соединением в виде порошка или расплава при температуре, при которой не происходит разложения органического соединения. Данная температура или область температур зависит, разумеется, от природы органического соединения. Таким образом, в первом варианте осуществления изобретения температуру устанавливают такую, чтобы она была ниже температуры заметного разложения органического соединения и выше температуры плавления или размягчения упомянутого соединения. Во втором варианте осуществления изобретения нанесение покрытия на зерна гидравлического связующего осуществляют при низкой температуре, например при комнатной температуре, чаще в области температур, в которой органическое соединение находится в твердом состоянии.

В качестве примера, если используют адипиновую кислоту или смесь адипиновой, глутаровой и янтарной кислот, то упомянутая температура находится в интервале от 140 до 170°С.

Таким образом, органическое соединение, в частности адипиновая кислота, может быть добавлено к цементу на стадии измельчения клинкеров после выхода из печей.

Органическое соединение, используемое для получения смеси, может находиться в форме гранул или порошка, зерна которых могут быть мелкими или крупными. Упомянутое органическое соединение может добавляться к гидравлическому связующему в расплавленном состоянии.

Можно также смешивать, в частности в холодном состоянии, органическое соединение в форме мелкого порошка, например содержащего частицы со средним размером меньше 50 мкм, предпочтительно, с размером, значительно меньшим размера зерен связующего, и таким образом получить зерна связующего, покрытые частицами органического соединения.

Изобретение относится также к применению неорганических связующих, в частности гидравлических, в качестве компонента при изготовлении связующего строительного раствора, бетона или других обычных составов на основе неорганических связующих. Интересным отмечается тот факт, что присутствие органического соединения не влияет ни на условия приготовления упомянутых составов, таких как связующий строительный раствор или бетон, ни на их механические и реологические свойства. Напротив, такое присутствие может, в некоторых случаях, улучшить способы получения и механические свойства продуктов или изделий, изготовляемых с использованием упомянутых составов.

Следующие ниже примеры, приведенные только для сведения, иллюстрируют изобретение более подробно.

Сокращение АК обозначает адипиновую кислоту.

Примеры 1 и 2

Порошок портландцемента смешивают с частицами адипиновой кислоты. Для примера 2 смесь выдерживают при температуре 160°С в течение одного часа при перемешивании. Для примера 1, напротив, смесь готовят при комнатной температуре. Смешивание осуществляют в смесителе с турбулентным перемешиванием. Образцы (20 г) полученного порошка помещают в сосуды, имеющие экспонируемую поверхность 20 см². Указанные сосуды помещают в камеру, поддерживаемую при комнатной температуре и содержащую атмосферу с относительной влажностью 75% при комнатной температуре (15-25°С).

Водопоглощение, выраженное в массе воды, адсорбированной 100 г связующего испытываемых образцов, определялось взвешиванием после различного времени экспозиции. Полученные результаты представлены в таблице I.

Таблица IПримерСравнительный12 ПортландцементПортландцемент + 0,2% АК (частицы размером около 15 мкм)Портландцемент + 0,2% АК (частицы размером около 250 мкм)7 дней1,000,000,2515 дней1,250,340,6921 день1,310,560,8625 дней1,410,800,99

Пример 3

Несколько порошков разных гидравлических связующих были смешаны с 0,5% адипиновой кислоты в виде частиц со средним размером 15 мкм согласно процедуре, описанной в примере 1. Упомянутые порошки были подвергнуты воздействию атмосферы с относительной влажностью 75% при комнатной температуре. Величины поглощения влаги упомянутыми разными порошками после экспонирования в течение 8 дней указаны в таблице II:

Таблица II Контрольный без адипиновой кислотыСвязующее с 0,5 мас.% адипиновой кислотыГлиноземистый цемент0,240,06Быстросхватывающийся цемент1,631,18Быстросхватывающийся цемент Vicalpes®1,661,34

Пример 4

Портландцемент смешивают с разными количествами частиц адипиновой кислоты со средним размером 15 мкм при комнатной температуре. Полученные смеси помещают в сосуды, обеспечивающие экспонируемую поверхность 80 см² для массы образца 20 г.

Сосуды помещают в камеру, имеющую атмосферу с относительной влажностью 75% при комнатной температуре. Величины поглощения воды упомянутыми образцами после различного времени экспонирования приведены в таблице III.

Таблица III 1 день2 дня3 дня5 дней6 дней7 дней9 дней14 днейКонтрольный0,951,281,513,7510,8010,8011,3022,14Цемент + 0,1% АК0,250,350,400,902,302,342,553,22Цемент + 0,2% АК0,120,180,220,340,380,450,471,90Цемент + 0,3% АК0,120,200,260,400,440,720,803,10

Пример 5

Пример 1 был повторен, но заменяя порошок адипиновой кислоты на 0,5 мас.% брассиловой кислоты со средним размером частиц около 20 мкм.

После 10 дней выдержки в атмосфере с относительной влажностью 75% при комнатной температуре водопоглощение составило 1,05 г воды на 100 г связующего. Без добавления органического соединения связующее в аналогичных условиях поглощает 1,40 г воды на 100 г связующего.

Настоящее изобретение относится к композиции с уменьшенной способностью к слеживаемости или схватыванию во время хранения, по существу состоящей из порошка гидравлического связующего на основе силиката и/или алюмината, и органической кислоты, выбранной из группы, состоящей из адипиновой кислоты и смеси адипиновой, глутаровой и янтарной кислот, в которой концентрация указанной органической кислоты находится в интервале от 0,1 до 2 мас.% по отношению к массе гидравлического связующего, причем композиция получена смешиванием органической кислоты в виде тонкоизмельченного порошка или в расплавленном состоянии с гидравлическим связующим, которое выбрано из группы, состоящей из портландцемента, глиноземистого цемента и быстросхватывающегося цемента. Способ получения указанной композиции включает смешивание указанных органических кислот в виде тонкомолотого порошка или в расплавленном состоянии с гидравлическим связующим. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - уменьшение способности к слеживанию или схватыванию во время хранения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция с уменьшенной способностью к слеживаемости или схватыванию во время хранения, по существу состоящая из порошка гидравлического связующего на основе силиката и/или алюмината, и органической кислоты, выбранной из группы, состоящей из адипиновой кислоты и смеси адипиновой, глутаровой и янтарной кислот, в которой концентрация указанной органической кислоты находится в интервале от 0,1 до 2 мас.% по отношению к массе гидравлического связующего, причем композиция получена смешиванием органической кислоты в виде тонкоизмельченного порошка или в расплавленном состоянии с гидравлическим связующим.2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что органической кислотой является адипиновая кислота.3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что органической кислотой является смесь адипиновой, глутаровой и янтарной кислот.4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что гидравлическое связующее выбрано из группы, состоящей из портландцемента, глиноземистого цемента и быстросхватывающегося цемента.5. Способ получения композиции по одному из пп.1-4, включающий смешивание органической кислоты в виде тонкоизмельченного порошка или в расплавленном состоянии с гидравлическим связующим.6. Способ по п.5, в котором смешивание осуществляют при температуре, находящейся в интервале от 140 до 170°С во встряхиваемой форме.7. Способ по п.5, в котором смешивание осуществляют при комнатной температуре с порошком органической кислоты, имеющим частицы с размером меньше 50 мкм.