СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ В БЕТОННЫЕ СМЕСИ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА Российский патент 2009 года по МПК C04B40/00 C04B28/00 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к добавкам, используемым в производстве бетонов, строительных растворов, железобетонных и специальных бетонных изделий.

Имеющийся мировой опыт показывает, что требования современных технологий по получению строительных материалов ужесточаются. Строительный материал должен обладать заданными гармонично сочетаемыми свойствами: в этих случаях рационально использование комплексных добавок.

Известны способы получения бетонных смесей, при осуществлении которых используется метод механоактивации (патенты РФ №2133724, опубл. 1999 г., №2243948, опубл. 2005 г.). Однако известные способы не могут быть приемлемы для получения комплексных добавок, содержащих в своем составе два и более компонентов, имеющих различную химическую природу.

Наиболее близким решением к заявляемому по объекту «Способ» является способ получения комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы, включающий дозирование балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатора С-3 на основе полинафталинсульфонатов, их последующее перемешивание и дозирование щелочного компонента - гидроксида натрия, при этом дозирование и перемешивание производят при заданном температурно-временном режиме. При частном случае реализации технического решения прототипа получаемую комплексную добавку высушивают при температуре 80-130°С. Недостатком технического решения прототипа является низкая стабильность свойств комплексной добавки при хранении и ее недостаточно высокий показатель по ускорению набора прочности при твердении бетонных смесей. Причиной, препятствующей достижению технического результата, является отсутствие в указанном способе специальных технологических приемов, способствующих увеличению эффективности получаемой комплексной добавки.

Известен пластификатор по патенту РФ №2245856 (опубл. 2006 г.), включающий сульфирование нафталиновой фракции нефтехимического производства с последующей конденсацией с формальдегидом и нейтрализацией щелочью полученного продукта. Указанная добавка имеет улучшенные показатели осадки конуса и прочности на сжатие, однако имеет низкую стабильность показателей бетонной смеси после хранения и недостаточную скорость набора прочности бетонов.

Наиболее близким решением к заявляемому по объекту «Продукт» является комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, защищенная патентом РФ №2270815 (опубл. 2006 г.), состоящая из (мас.ч.): суперпластификатора С-3 (15-85 мас.ч.), едкого натра (0,02-0,25 мас.ч.), смеси балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия (61-95) (остальное). Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, явилась стабилизация свойств комплексной добавки при ее хранении по показателям пластикации и морозостойкости растворной смеси, содержащей указанную добавку. Однако указанное решение имеет ряд недостатков, а именно заявленные технологические режимы получения комплексной добавки не обеспечивают ее высокой эффективности после хранения.

Наиболее близким решением к заявляемому является комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, защищенная патентом РФ №2270815 (опубл. 2006 г.), состоящая из (мас.ч.): суперпластификатора С-3 (15-85 мас.ч.), едкого натра (0,02-0,25 мас.ч.), смеси балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия (61-95) (остальное). Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, явилась стабилизация свойств комплексной добавки при ее хранении по показателям пластикации и морозостойкости растворной смеси, содержащей указанную добавку. Однако указанное решение имеет ряд недостатков, а именно заявленные технологические режимы получения комплексной добавки не обеспечивают ее высокой эффективности при дальнейшем применении.

Суть изобретения заключается в следующем.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка коммерчески значимого способа получения комплексной добавки для бетонных смесей и строительных растворов на базе производства суперпластификатора на основе полинафталинсульфанатов натрия С-3, предназначенного в том числе для утилизации образующихся в технологической системе сульфатсодержащих веществ, нейтрализованных водным раствором гидроксида натрия на стадии регенерации нафталина, а также разработка состава высокоэффективной комплексной добавки, получаемой указанным способом.

Единым техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение показателя стабильности свойств комплексной добавки при хранении и ускорение набора прочности при твердении бетонных смесей и строительных растворов.

Указанный технический результат по объекту «Способ» достигается путем смешивания суперпластификатора С-3, гидроксида натрия и сульфата натрия, при этом смешивание осуществляют в режиме встречного направления двух потоков:

жидкостного распыленного потока, содержащего смесь сульфата натрия и гидроксида натрия в виде водного раствора, нагретого до температуры 40-50°С и движущегося со скоростью 360-380 м/с, и газового потока, содержащего сухой суперпластификатор С-3, нагретого до температуры 80-110°С, имеющего влажность 80-85% и движущегося со скоростью 30-50 м/с, с получением водного раствора, содержащего сульфат натрия, гидроксид натрия и суперпластификатор С-3, после чего от полученного водного раствора газ отделяют, а полученный после смешивания водный раствор дополнительно смешивают с новой порцией газового потока, содержащего сухой суперпластификатор С-3, повторяя смешивание в указанном режиме неоднократно до содержания суперпластификатора С-3 в водном растворе 12-15%. При частном случае реализации полученную комплексную добавку высушивают при температуре 105-130°С до достижения содержания влаги в сухой добавке от 3,0 до 8,5 мас.%.

Указанный технический результат по объекту «Продукт» достигается за счет применения в составе комплексной добавки суперпластификатора С-3 в количестве 12,0-15,0 мас.ч., гидроксида натрия - в количестве 0,03-0,06 мас.ч., сульфата натрия в количестве 12,0-14,0 мас.ч. и воды- остальное.

Сульфат натрия способствует ускорению твердения цемента и является ингибитором коррозии стальной арматуры, а полинафталинсульфонаты улучшают дисперсию цементных зерен и повышают пластичность бетонных и растворных смесей. Особенностью получения в составе заявляемой комплексной добавки сульфата натрия и полинафталинсульфонатов является совместная механохимическая обработка, происходящая при взаимодействии двух потоков: газового и жидкостного в заданных технологических режимах. Механохимическая обработка сульфатов натрия и полинафталинсульфонатов происходит следующим образом. Выходящий из распылительного устройства жидкостной поток нагревается в движущемся навстречу газовом потоке, содержащем сухой пластификатор С-3. Учитывая аномальный характер растворимости сульфата натрия (растет при повышении температуры до 32 °С и падает при дальнейшем повышении температуры), при взаимодействии с газовым потоком, нагретым до температуры 80-110°С и с относительной влажностью 80-85%, из раствора выделяются кристаллы сульфата натрия. При столкновении выделившихся кристаллов с сухим пластификатором происходит деструкция полинафталинсульфонатов, представляющих собой высокомолекулярное соединение, изменяется физическая структура полинафталинсульфонатов, улучшающая свойства суперпластификатора С-3. В результате механохимическая активация получаемой комплексной добавки способствует значительному повышению ее эффективности.

На чертеже представлена схема получения комплексной добавки, где

1 - технологическая линия газового потока

2 - технологическая линия жидкостного потока

3 - распылительное устройство

4 - инерционный каплеуловитель

5 - накопительная емкость с раствором комплексной добавки

6 - технологическая линия вывода отработанных газов в атмосферу

7 - насос

8 - технологическая линия выгрузки готовой продукта

В соответствии с заявляемым изобретением способ получения комплексной добавки осуществляют следующим образом.

Газовый поток с температурой 80-110°С и влажностью 80-85%, содержащий сухой суперпластификатор С-3 в количестве 1,5-1,7 мас.%, подают по технологической линии газового потока 1 со скоростью 30-50 м/с. Жидкостной поток с температурой 40-50°С, содержащий водный раствор сульфата натрия в количестве 12-14 мас.% и гидроксида натрия в количестве 0,03-0,6 мас.%, подают по технологической линии жидкостного потока 2 со скоростью 360-380 м/с в распылительное устройство 3 одновременно с подачей газового потока в режиме встречного направления. Образовавшаяся газовоздушная смесь по технологической линии 2 поступает в инерционный каплеуловитель 4, в котором происходит разделение жидкостной и газовой фаз смеси. Полученный водный раствор комплексной добавки, содержащий сухой суперпластификатор С-3, гидроксид натрия и сульфат натрия, сливают в накопительную емкость раствора комплексной добавки 5, а отработанные газы через технологическую линию вывода газов 6 выбрасываются в атмосферу. Водный раствор комплексной добавки посредством насоса 7 подается на распылительное устройство 2, где происходит ее взаимодействие с газовым потоком, содержащим сухой суперпластификатор С-3, и соответственно насыщение сухим суперпластификатором С-3. Получаемый водный раствор комплексной добавки обрабатывается подобным образом неоднократно до содержания в нем суперпластификатора С-3 с концентрацией 12-15 мас.%. По окончании процесса получения комплексная добавка выгружается из накопительной емкости 5 по технологической линии выгрузки готового продукта 8. При частном случае реализации заявляемого способа получаемую комплексную добавку высушивают при температуре 105-130°С до влажности 3,0-8,5 мас.%.

Полученная комплексная добавка представляет собой жидкость темно-коричневого цвета или в частном случае реализации изобретения порошок светло-коричневого цвета с показателем активного водородных ионов рН водного раствора с концентрацией 2,5% от 8,0 до 9,5.

Для осуществления изобретения могут быть использованы следующие вещества:

Суперпластификатор С-3 ТУ 5745-004-43184789-05.

В качестве газов, используемых для формирования газового потока, может быть использован отработанный теплоноситель, образующийся при конвективной сушке суперпластификатора С-3 и состоящий из газообразных продуктов сгорания природного газа, атмосферного воздуха.

Гидроксид натрия технический.

Сульфат натрия технический.

Вода.

Оценка и доказательства преимущества заявляемого способа основаны на измерении и сравнении показателя стабильности свойств комплексной добавки при хранении, снижении количества используемой комплексной добавки при приготовлении бетонной смеси, прочностных показателей бетона.

Для проведения испытаний полученной комплексной добавки готовили стандартный состав бетонной смеси, содержащей 1 часть цемента, 1,5 части песка, 3 части щебня фракции 5-20 мм, 2 части щебня фракции 20-40 мм и 0,38 частей воды. Для получения комплексной добавки использовали цемент Старооскольского цементного завода ПЦ-5СО ДО и песок для строительных работ с модулем крупности 2,3.

Конкретная реализация заявляемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В соответствии с вышеописанным способом готовили комплексную добавку при следующих технологических режимах: содержание сульфата натрия в жидкостном потоке - 12 мас.%, содержание гидроксида натрия в жидкостном потоке - 0,03 мас.%, температура жидкостного потока 40-50°С, скорость жидкостного потока - 360 м/с, содержание С-3 в газовом потоке - 1,7, скорость газового потока 30 м/с, температура газового потока - 80°С, влажность газового потока - 80-85%. Полученная комплексная добавка имела состав: (мас.ч.): суперпластификатор С-3 - 15,0, гидроксид натрия - 0,03, сульфат натрия - 12,0, вода - 72,97.

Пример 2. В соответствии с вышеописанным способом готовили комплексную добавку при следующих технологических режимах: содержание сульфата натрия в жидкостном потоке - 13 мас.%, содержание гидроксида натрия в жидкостном потоке - 0,1 мас.%, температура жидкостного потока 40-50°С, скорость жидкостного потока - 370 м/с, содержание С-3 в газовом потоке - 1,6, скорость газового потока 40 м/с, температура газового потока - 100°С, влажность газового потока - 80-85%. Полученная комплексная добавка имела состав: (мас.ч.): суперпластификатор С-3 - 13,5, гидроксид натрия - 0,045, сульфат натрия - 13,0, вода - 73,46.

Пример 3. В соответствии с вышеописанным способом готовили комплексную добавку при следующих технологических режимах: содержание сульфата натрия в жидкостном потоке - 14 мас.%, содержание гидроксида натрия в жидкостном потоке - 0,6 мас.%, температура жидкостного потока 40-50°С, скорость жидкостного потока - 380 м/с, содержание С-3 в газовом потоке - 1,5, скорость газового потока 50 м/с, температура газового потока - 110°С, влажность газового потока - 80-85%. Полученная комплексная добавка имела состав: (мас.ч.): суперпластификатор С-3 - 12,0, гидроксид натрия - 0,06, сульфат натрия - 14,0, вода - 73,94.

Пример 4. В соответствии с вышеописанным способом готовили комплексную добавку технологических режимах, описанных в примере 2, после чего полученную в виде водного раствора добавку высушивали при температуре 120°С. Полученная комплексная добавка имела состав: (мас.ч.): суперпластификатор С-3 - 48,31, гидроксид натрия - 0,16, сульфат натрия - 46,52, вода - 5,01.

Пример 5 (в соответствии с прототипом). Готовили комплексную добавку путем смешения водного раствора компонентов (мас.ч.): смеси балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия - 49,9, суперпластификатора С-3 - 50,0 и гидроксида натрия - 0,1, осуществляли принудительное перемешивание до плотности водного раствора 1180 кг/м³ при температуре 30°С с использованием циркуляционного насоса при общей кратности циркуляции 10 в течение 0,4 часа.

В таблице приведены сравнительные результаты испытаний комплексной добавки, полученной по заявляемому способу и в соответствии с решением прототипа.

Пример Подвижность бетонной смеси, см Расход добавки (на       сухое вещество) при   Свежеприго-
товленная Добавка после приготовлении бетонной смеси,   добавка (в течение 9 месяцев % от массы цемента   3-х суток) хранения   1 19,5 19,0 0,6 2 18,5 18,5 0,6 3 17,5 18,0 0,6 4 19,0 19,0 0,6 5 прототип 17,0 13,5 0,7

Продолжение таблицы Пример Время достижения 70% марочной Прочность бетона   прочности бетона, час в возрасте 28 суток,     МПа   При температуре При температуре     плюс 10°С минус 10°С     Свежеприго Добавка Свежеприго Добавка Свежеприго Добавка   товленная после 9 товленная после 9 товленная после 9   добавка месяцев добавка месяцев добавка месяцев     хранения   хранения   хранения 1 56 58 122 126 34,6 33,2 2 56 55 120 128 34,7 34,2 3 53 55 120 124 35,1 35,3 4 55 54 118 122 35,3 35,8 5 60 68 126 145 32,3 30,8 прототип            

Литература

1. Патент РФ №2245856, опубл. в 2006 г.

2. Патент РФ №2270815, опубл. в 2006 г. (прототип).

Заявляемое изобретение относится к области строительных материалов, в частности к добавкам, используемым в производстве бетонов, строительных растворов, железобетонных и специальных бетонных изделий. Способ получения комплексной добавки включает смешивание суперпластификатора С-3, гидроксида натрия и сульфата натрия. При этом смешивание осуществляют в режиме встречного направления двух потоков: жидкостного распыленного потока, содержащего смесь сульфата натрия и гидроксида натрия в виде водного раствора, нагретого до температуры 40-50°С и движущегося со скоростью 360-380 м/с, и газового потока, содержащего сухой суперпластификатор С-3, нагретого до температуры 80-110°С, имеющего влажность 80-85% и движущегося со скоростью 30-50 м/с, с получением водного раствора, содержащего сульфат натрия, гидроксид натрия и суперпластификатор С-3. После чего от полученного водного раствора газ отделяют, а полученный после смешивания водный раствор дополнительно смешивают с новой порцией газового потока, содержащего сухой суперпластификатор С-3, повторяя смешивание в указанном режиме неоднократно до содержания суперпластификатор С-3 в водном растворе 12-15%. При частном случае реализации полученную комплексную добавку высушивают при температуре 105-130°С. Полученная в соответствии с заявляемым способом комплексная добавка содержит, мас.ч.:

суперпластификатор С-3 12,0-15,0 гидроксид натрия 0,03-0,06 сульфат натрия 12,0-14,0 вода остальное

Технический результат - улучшение показателя стабильности свойств комплексной добавки при хранении и ускорение набора прочности при твердении бетонных смесей и строительных растворов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы путем смешивания суперпластификатора С-3, гидроксида натрия и сульфосодержащего продукта, отличающийся тем, что смешивание осуществляют в режиме встречного направления двух потоков: распыленного жидкостного потока, содержащего сульфосодержащий продукт в количестве 12-14 мас.% и гидроксид натрия в количестве 0,03-0,6 мас.% в виде водного раствора, нагретого до температуры 40-50°С и движущегося со скоростью 360-380 м/с, и газового потока, содержащего сухой суперпластификатор С-3 в количестве 1,5-1,7 мас.% нагретого до температуры 80-110°С, имеющего влажность 80-85% и движущегося со скоростью 30-50 м/с с получением водного раствора, после чего от полученного раствора отделяют газ, а полученный после смешивания водный раствор дополнительно смешивают с новой порцией газового потока, содержащего сухой пластификатор С-3, повторяя смешивание в указанном режиме неоднократно до содержания суперпластификатора С-3 в водном растворе 12-15 мас.% при этом в качестве сульфосодержащего продукта используют сульфат натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексную добавку высушивают при температуре 105-130°С.

3. Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, полученная по п.1, содержащая суперпластификатор С-3, гидроксид натрия и серосодержащий продукт, отличающаяся тем, что в качестве серосодержащего продукта содержит сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Суперпластификатор С-3 12,0-15,0 Гидроксид натрия 0,03-0,06 Сульфат натрия 12,0-14,0 Вода остальное