МЕЛКОЗЕРНИСТАЯ БЕТОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ Российский патент 2007 года по МПК C04B41/50 F16L58/06 

Изобретение относится к составам мелкозернистых бетонных композиций для получения защитного покрытия внутренней поверхности чугунных труб и трубных элементов (фитингов), в том числе из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), с большой кривизной стенки (внутренним диаметром 100-400 мм), применяемых в строительстве водопроводных сетей напорной подачи как питьевой воды, так и других водных неагрессивных сред.

Известна бетонная композиция [RU 2067534 С1, 10.10.1996 г.] [1], которая содержит мас.%:

алюминатный портландцемент марки 500 28,0-32,0 с долей в нем трехкальциевого алюмината 12-14%; кварцевый песок фракции менее 0,140 мм 30,5-31,5; кварцевый песок фракций 0,140-0,630 мм 27,0-30,5; микрокремнезем 1,5-2,0; суперпластификатор С 3 0,5-1,5; жидкое стекло 1,5-2,5; вода - остальное. Недостатками данной смеси являются: низкая подвижность, увеличенное содержание фракций песка менее 0,140 мм, увеличивающее водопотребность композиции, наличие жидкого стекла в смеси сокращает время работы со смесью (живучесть смеси), увеличенное содержание суперпластификатора С-3 удорожает смесь и после центрифугирования трубы с ЦПП не позволяет удерживать обезвоженный раствор на ее стенках (смесь течет).

Известна также мелкозернистая бетонная смесь [RU 1692104 C, 15.11.1994 г] [2], используемая при изготовлении защитных покрытий труб, включающая, мас%: цемент 32,7-38,0; песок 47,86-52,80; суперпластификатор на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом (с-3) 0,34-0,38; жидкое стекло 0,33-0,38; винилацетат 0,33-0,30 и вода - остальное. Прочность бетона на сжатие через 7 сут 28,0 МПа. Недостатки представленной мелкозернистой бетонной смеси проявляются в наличии жидкого стекла, винилацетата, увеличивающих стоимость смесей, большого количества суперпластификатора (с-3), и, несмотря на это, смесь имеет низкую подвижность - 7,5 см, что меньше ОК, равного 13-14 см, необходимого для процесса механизированного нанесения ЦПП с центрифугированием трубы, а также низкой прочности ЦПП через 7 суток.

Наиболее близкой к заявленному изобретению по технической сущности и технологии выполнения является состав цементно-песчаной смеси, включающий, мас.%: портландцемент марки 400-500 - 37,7-32,8; песок фракций 0,05-2,5 мм - 45,28-49,2; вода - остальное. Соотношения компонентов смеси должны выдерживаться в следующих пределах: П/Ц равного 1,2-1,5; В/Ц равного 0,45-0,55 [ТУ 1461-037-50254094-2004; ТИ 50254094-ТЧ-08-2004] [3].

Для ликвидации дефекта ЦПП "вздутие покрытия" при термовлажностной обработке затворяют смесь водой, в которой предварительно растворяют 1,67·10^-5-5,87·10^-5 мас.% перманганата калия. Подвижность (ОК) подготовленной для заливки в трубу смеси должна составлять 14-18 см для труб диаметром 100-300 мм соответственно. ОК регулируется изменением количества воды в смеси. Тщательно перемешанная в смесителе после затворения водой смесь из промежуточной емкости-побудителя насосами порционно подается в трубу, которая подвергается центрифугированию, при этом из смеси отжимается излишек воды, смесь равномерно распределяется по стенке трубы и уплотняется. Трубы с внутренним покрытием подвергаются термовлажностной обработке (ТВО) в проходном туннельном агрегате искусственного твердения (АИТ) в течение не менее 6,6 часа при температуре до 70°С. В числе основных недостатков применяемой смеси следует отметить высокое содержание в смеси воды затворения, понижающей плотность ЦПП и его водонепроницаемость, низкие итоговые прочностные характеристики, поддержание вынужденно увеличенного числа оборотов трубы при центрифугировании, при которых увеличивается количество цемента, выводимого из покрытия вместе с отжимаемой водой, что увеличивает нерациональный расход цемента, обедняет цементом слой ЦПП, особенно у стенки трубы, результатом чего является низкая адгезия и низкая прочность покрытия на изгиб через три часа после ТВО R изг.=0, R сж.=7,21 МПа, а после трех суток с момента нанесения ЦПП R изг.=4,8 МПа, R сж.=22, 6 МПа. Это сужает технологические возможности в выполнении последующих операций с трубой без риска отрыва ЦПП от стенки трубы.

Целью изобретения является создание гаммы мелкозернистых бетонных композиций, которые повышают раннюю (через три часа после ТВО) и конечную (28 суток) прочность цементно-песчаного покрытия(ЦПП) на изгиб и сжатие, сокращают продолжительность процесса тепловлажностной обработки (ТВО) и снижают его тепловую нагрузку, а также улучшают управляемость свойствами мелкозернистых бетонных растворов, такими как подвижность(OK). Поставленная цель достигается тем, что мелкозернистая бетонная композиция для получения защитного покрытия внутренней поверхности чугунных труб и трубных элементов, применяемых в строительстве водопроводных сетей напорной подачи питьевой воды и других водных неагрессивных сред, включающая портландцемент ПЦ500-ДО, карьерный песок фракции 0,063-2 мм и М_кр=1,55-1,9, перманганат калия и суперпластификатор С 3 и/или модификатор Линамикс 73Р-1, или Реламикс и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент 31,25-33,51, указанный песок 50,0-53,266, перманганат калия 1,67·10^-5-5,87·10^-5, С 3 0,09 -1,06, С 3 и Линамикс 73Р-1 0,09- 1,06, Линамикс 73Р-1 0,084-0,13, Реламикс 0,067- 0,146, вода - остальное. Мелкозернистая бетонная композиция может дополнительно содержать до 3,2 мас.% комплексную добавку в сухом виде, включающую песок фракции 0,05-0,16 мм, портландцемент ПЦ500-ДО и суперпластификатор С 3 в соотношении 2,24:0,95:0,01. портландцемент ПЦ500-ДО 33,51-32,375; песок фракций 0. В качестве вяжущего в композиции применяется портландцемент ПЦ500-ДО по ГОСТ10178-85.

Карьерный песок по ГОСТ8736-85 с содержанием глинистой составляющей не более 1% для базовой смеси предварительно сушат и фракционируют по границам крупности 0,063-2,0 мм. Все операции с песками выполняются в одной технологической линии подготовки песка.

Суперпластификатор (СП) С-3 по ТУ 5870-002-58042865-03 - химическое вещество на основе натриевых солей олигомерных продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. СП активно пластифицирует смесь, увеличивает плотность, прочность ЦПП, адгезию покрытия к металлу трубы, снижает водопотребность и экономит цемент. Наличие С-3 в бетонной смеси позволяет получить ЦПП после твердения с ровной гладкой поверхностью, что снижает гидравлические потери в трубопроводе. Срок активного воздействия СП С-3 на свойства жидкого мелкозернистого бетона составляет до 75 минут, чего достаточно для выполнения полного технологического цикла - приготовления смеси, нанесения его на внутреннюю стенку трубы и последующего ее центрифугирования.

Дозировка СП С-3 определяется также параметрами подлежащих обработке труб.

Например, для труб с внутренним диаметром 100-150 мм требуется ОК, равное 17-18 см, для чего в смесь подается С-3 в количестве 0,31-0,32% от массы цемента в смеси; для ОК, равного 14-16 см (трубы с внутренним диаметром 250-300 мм), добавка СП С-3 в смесь составляет 0,28-0,30% от массы цемента, в зависимости от отношений П/Ц и В/Ц. В летний период дозировка С-3 уменьшается до 0,26-0,28%, а в зимний период - увеличивается.

Производимый в Новомосковске на ООО "Полипласт" суперпластификатор С-3 по санитарно-эпидемиологическим показателям разрешен для применения в конструкциях, контактирующих с питьевой водой, что позволяет его применение в цементно-песчаных бетонных композициях, предназначенных для получения защитных покрытий внутренней поверхности труб в системах напорного питьевого водоснабжения.

Для изоляции труб различного назначения и с целью расширения сферы применимости базовой мелкозернистой бетонной композиции в ее состав включаются другие пластифицирующие, стабилизирующие, уплотняющие, ускоряющие химические органические соединения, частично замещая С-3 либо полностью заменяя его другим составом.

Линамикс 73Р-1 по ТУ 5870-001-58042865-03, представляющий собой продукт на нафталинформальдегидной основе с добавление модифицированных лигносульфонатов, добавляется в бетонную смесь с водой затворения в количестве 0,25-0,4% от массы цемента в смеси или же совместно с СП С-3, при этом варианте композиции суммарное количество названных добавок не должно превышать 0,34% от массы цемента в данной смеси, иначе смесь разжижается, течет и длительное время не твердеет.

Пластификатор - ускоритель твердения - Реламикс по ТУ 5870-002-14153664-04 представляет собой продукт, состоящий из полинафталинметиленсульфоната натрия и технической смеси роданида и тиосульфата натрия, добавляется в бетонную смесь с водой затворения в количестве 0,2-0,45% от массы цемента. По классификации ГОСТ 24211-03 Реламикс соответствует требованиям к суперпластификаторам и является ускорителем процессов твердения, уплотняет структуру покрытия, повышает раннюю (через 4 часа после тепловлажностной обработки) и конечную(28 суток) прочность на изгиб и сжатие.

Составы композиций и их физико-технические характеристики приведены в таблице 1.

С целью увеличения диапазона управления свойствами базовой смеси и расширения сфер ее применения в базовую смесь вводят комплексную добавку в таком соотношении составляющих ее компонентов, которые наиболее эффективно действуют на реологию и физико-механические свойства подготовленной для нанесения покрытия смеси и готового цементно-песчаного покрытия трубы, включающую мелкий, прошедший предварительную подготовку просеиванием на виброситах или измельчение на бегунковой мешалке портландцемент ПЦ500-ДО по ГОСТ 10178-85, мелкие фракции карьерного песка, фракционированного на технологической линии подготовки песка в границах крупности 0,05-0,16 мм и пластификатора С-3.

Комплексная добавка, содержащая мелкие фракции песка менее 0,05-0,16 мм, портландцемент ПЦ500-ДО и суперпластификатор С-3, взятых в соотношении 2,24:0,95:0,01 соответственно, с повышенным (относительно основной базовой смеси) количеством С-3, служит повышению плотности смеси, ускорению набора прочности в начальные сроки твердения, исключению трещинообразования. В процессе центрифугирования трубы с ЦПП микрокомпоненты комплексной добавки связывают частицы основной массы цемента, не позволяя им под действием центростремительных сил выходить из покрытия вместе с отгоняемой водой, удерживая частицы цемента у стенки трубы, тем самым повышая адгезию. Получаемое покрытие в этом случае сохраняет необходимое количество цемента для получения нужной прочности, а на поверхности покрытия исчезает "цементное молочко", вредно влияющее на элементы трубопроводной арматуры.

Положительное свойство комплексной добавки заключается еще и в том, что равномерно распределившись по всей массе смеси во время перемешивания в смесителе она несколько пролонгирует действие основного СП С-3, поддерживая необходимую подвижность смеси на микроуровне на протяжении определенного времени, затем после центрифугирования мелкодисперсные частицы цемента добавки гидратируются раньше основной массы цемента в ЦПП и вместе с мельчайшими зернами песка начинают формировать "скелетную структуру" покрытия, в узлах которой они находятся, тем самым предупреждая вероятность сползания слоя ЦПП и потеков. Наличие сформированной структуры в покрытии, которая устойчива к внутренним воздействиям на ее каркас частицами основной массы цемента, продолжающих реакции гидратации, позволяет ускорить процессы твердения еще в период стабилизации перед ТВО, уплотнить структуру образующегося цементного камня и повысить финишные физико-механические характеристики покрытия.

Регулирование свойств комплексной добавки и характера ее воздействия на параметры базовой бетонной композиции осуществляют изменением количества и фракционным составом мелкого песка, дисперсностью цемента и дозировкой комплексной добавки. Комплексную добавку получают путем совместного сухого перемешивания в смесительном аппарате небольшого объема взвешенных согласно пропорции компонентов.

Содержание комплексной добавки в базовой мелкозернистой бетонной композиции может составлять до 3,2 мас.%. При этом базовая бетонная композиция вместе с комплексной добавкой будет иметь следующий состав, мас.%: портландцемент ПЦ500-ДО 31,25-33,51; песок фракции 0,063-2,0, М_кр равным 1,55 1,9 -50,0-51,27; суперпластификатор С-3 0,09-0,106; перманганат калия 1,67·10^-5-5,87·10^-5; комплексная добавка до 3,2; вода - остальное.

Заявленную мелкозернистую бетонную композицию готовят по стандартной технологии и последовательности загрузки компонентов в смеситель, кроме комплексной добавки, которая в сухом виде равномерно засыпается в работающий смеситель с перемешиваемой сухой базовой смесью перед затворением водой с растворенными в ней дозами СП С-3 и перманганата калия.

В качестве примера приведем следующие составы мелкозернистой бетонной композиции, применяемые для защиты внутренней поверхности труб при следующем соотношении компонентов, мас.%:

1а. Цементно-песчаная композиция (базовая):

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ 10178-85 - 33,36;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,63-1,79 - 51,04;

Суперпластификатор С-3, ТУ 5870-002-58042865-03 - 0,106;

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Вода - 15,4939833.

Свойства: ОК=15,0 см. Процесс процесса ТВО - 4,5 часа при Т до 65°С

1б. Цементно-песчаная композиция (базовая):

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ10178-85 - 32,375;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,63-1,79 - 51,8;

Суперпластификатор С-3, ТУ 5870-002-58042865-03-0,104;

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Вода - 15,7209833.

Свойства: ОК=16,5 см. Время процесса ТВО 4,5 часа при Т до 65°С

2. Цементно-песчаная композиция:

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ10178-85 - 33,51;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,63-1,79 - 51,27;

Суперпластификатор С-3, ТУ 5870-002-58042865-03 - 0,09;

Линамикс 73Р-1 по ТУ5870-001-58042865-03 - 0,016;

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Вода - 15,1139833.

Свойства: ОК=17,5 см. Время процесса ТВО 4,5 часа при Т до 65°С

3. Цементно-песчаная композиция:

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ10178-85 - 32,36;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,63-1,79 - 52,75;

Линамикс 73Р-1 по ТУ 5870-001-58042865-03 - 0,13;

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Вода - 14,7599833.

Свойства: ОК=12,5 см. Время процесса ТВО 4,5 часа при Т до 65°С.

4. Цементно-песчаная композиция:

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ10178-85 - 32,17;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,63-1,79 - 53,266;

Реламикс по ТУ 5870-002-14153664-04 - 0,144;

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Вода - 14,4199833.

Свойства: ОК=13 см. Время процесса ТВО 4,5 часа при Т до 65°С.

5. Цементно-песчаная композиция с комплексной добавкой:

Портландцемент ПЦ500-ДО, ГОСТ10178-85 - 31,25;

Песок карьерный ГОСТ8736-85, фракции 0,063-2,0, М_кр=1,52 - 50,0;

Суперпластификатор С-3, ТУ 5870-002-58042865-03 - 0,097;*

Перманганат калия - 1,67·10^-5;

Комплексная добавка - 3,2, в т.ч.:

Песок фракции 0,05-0,16 - 2,24;

Цемент ПЦ500-ДО - 0,95;

СП С-3 - 0,01;

Вода - 15,4529833.

Свойства: ОК=13-14 см. Время процесса ТВО 4,5 часа при Т до 65°С.

* - Компонент может заменяться соответствующими по функциям составами по п.п.2, 3, 4.

Свойства и прочностные характеристики ЦПП приведенных составов композиций в сравнении с прототипами представлены в таблице 1.

Источники информации

1. а.с. RU 206734C1, кл. С 04 В 28/04, 10.10.1996.

2. а.с. RU 1692104C, кл. 5 С 04 В 24/22, 15.11.1994.

3. ТИ 50254094-ТЧ-08-2004 Технологическая инструкция "Внутренняя изоляция труб песчано-цементным покрытием".

4. ТУ 1461-037-50254094-2004 Технические условия "Трубы чугунные напорные высокопрочные.

Таблица 1
Составы и характеристики мелкозернистых бетонных композиций и полученных цементно-песчаных покрытий трубПримерыСостав бетонной композиции, мас. %ОК, смПрочность на изгиб, МПа (после ТВО)Прочность на сжатие, МПа (после ТВО) ЦементПесокС-3Лина миксРела миксKMnO₄Комплексная добавкаВода 3 час.1 сут.3 сут.7 сут.28 сут.3 час.1 сут.3 сут.7 сут.28 сут.1 a.33,3651,040,106001,67·10-⁵015,4939833154,57,277,66-8,1912,832,437,6-70,81 б.32,37551,80,104001,67·10^-5015,720983316,5-7,288,80-8,55-36,050,0-66,62.33,5151,270,090,01601,67·10^-5015,113983317,54,826,327,57--18,920,830,049,1-3.32,3652,7500,1301,67·10^-5014,759983312,54,064,136,146,426,7318,020,424,236,057,84.32,1753,266000,1441,67·10^-5014,4199833134,235,026,646,83-20,026,030,636,6-5.31,2550,00,097001,67·10^-53,215,452983313,5-3,774,05-5,93-17,849,070,0-Примечание: 1. тепловлажностная обработка всех образцов-балочек ЦПП выполнялась в лабораторной установке пропаривания в режиме 4,5 часа при температуре до 65°С;
2. знак "-" в примерах означает, что в данные временные периоды испытания на образцах не проводились.

Изобретение относится к составам мелкозернистых бетонных композиций для получения защитного покрытия внутренней поверхности чугунных труб и трубных элементов (фитингов), в том числе из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), с большой кривизной стенки (внутренним диаметром 100-400 мм), применяемых в строительстве водопроводных сетей напорной подачи как питьевой воды, так и других водных неагрессивных сред. Мелкозернистая бетонная композиция для получения защитного покрытия внутренней поверхности чугунных труб и трубных элементов, применяемых в строительстве водопроводных сетей напорной подачи питьевой воды и других водных неагрессивных сред, включающая портландцемент ПЦ500-ДО, карьерный песок фракции 0,063-2 мм и М_кр=1,55-1,9, перманганат калия и суперпластификатор С 3 и/или модификатор Линамикс 73Р-1, или Реламикс и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент - 31,25-33,51 указанный песок - 50,0-53,266, перманганат калия - 1,67·10^-5-5,87·10^-5, С 3 - 0,09-1,06, С 3 и Линамикс 73Р-1- 0,09-1,06, Линамикс 73Р-1 - 0,084-0,13, Реламикс - 0,067-0,146, вода- остальное. Мелкозернистая бетонная композиция может дополнительно содержать до 3,2 мас.% комплексную добавку в сухом виде, включающую песок фракции 0,05-0,16 мм, портландцемент ПЦ500-ДО и суперпластификатор С 3 в соотношении 2,24:0,95:0,01. Технический результат изобретения - создание гаммы мелкозернистых бетонных композиций, применяемых для изготовления покрытий, имеющих повышенную раннюю прочность (через 3-4 часа после тепловлажностной обработки) и конечную (через 28 суток) прочность на изгиб и сжатие указанных покрытий. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Мелкозернистая бетонная композиция для получения защитного покрытия внутренней поверхности чугунных труб и трубных элементов, применяемых в строительстве водопроводных сетей напорной подачи питьевой воды и других водных неагрессивных сред, включающая портландцемент ПЦ500-ДО, карьерный песок фракции 0,063-2 мм и М_кр=1,55-1,9, перманганат калия и суперпластификатор С 3 и/или модификатор Линамикс 73Р-1, или Реламикс и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный портландцемент 31,25-33,51Указанный песок 50,0-53,266Перманганат калия 1,67·10^-5-5,87·10^-5С 30,09-1,06С 3 и Линамикс 73Р-10,09-1,06Линамикс 73Р-10,084-0,13Реламикс 0,067-0,146Вода Остальное