Способ активации цементной суспензии Российский патент 2022 года по МПК C04B40/00 

Изобретение относится к области строительного производства и производства строительных материалов, а именно к области активации цементной суспензии путем электрофизического воздействия, и может быть использовано для активации цементных растворов в технологии изготовления бетонов как в заводских условиях, так и в условиях строительной площадки.

Известен «Способ обработки цементных растворов» (RU 2228316 10.05.2004 С2)., при котором активация раствора производится воздействием чередующимися высоковольтными электрическими пробоями межэлектродного промежутка и растекающимися в этом растворе импульсными токами с постоянным измерением зарядного тока в различных точках рабочей области.

Однако данный способ имеет недостаточную энергоэффективность процесса активации раствора, что приводит к большим затратам электроэнергии, а также требует сложного технологического исполнения.

Известен «Способ механической активации цемента» (RU 2376067 20.12.2009 С1), при котором повышение эффективности гидратации цемента происходит посредством увеличения удельной площади поверхности частиц вяжущего, которое достигается воздействием центробежной силы на цемент и сдвиговым усилием, возникающим в зазоре между неподвижной стенкой камеры и вращающимся рабочим органом. Создаются сдвиговые усилия более 40 Н при скоростях сдвига от 5 до 100 м/с. Частота вращения рабочего органа составляет до 1500 об/мин. Время пребывания цемента в камере составляет 5-10 с.

Однако данный способ не позволяет значительно повысить прочностные показатели материала, и имеет достаточно низкую энергоэффективность.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению, является «Способ активации водоцементной суспензии» (SU 1678811 23.09.1991 А1 прототип), при котором на цементный раствор воздействуют постоянным электрическим током (30-50А) от электросварочного аппарата в течение 1-3 мин, затем обрабатывают высоковольтным (1-3 В) электрическим разрядом, в количестве 6-10 разрядов на 1 дм³ водоцементной суспензии, с последующим перемешиванием цемента и песка в соотношении 1:3 с добавлением полученной водоцементной эмульсии.

Однако данный способ не дает значительного увеличения прочностных характеристик полученных образцов, обладает высокой удельной энергоемкостью на единицу объема получаемого материала.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа электрофизической активации цементной суспензии, который позволяет повысить прочностные показатели цементного камня, снизить затраты на электроэнергию для осуществления процесса активации цементной суспензии, упростить технологию выполнения обработки, а также, сократить сроки набора прочности бетонов на обработанном сырье за счет ускорения набора прочности бетона и повышения прочностных показателей в начальные сроки твердения по сравнению с цементом, который не подвергался обработке.

Поставленная задача решается тем, что в «Способе активации цементной суспензии», включающем загрузку цементной суспензии в реактор активации для электрофизической обработки смеси высоковольтным электрическим разрядом и протеканием постоянного электрического тока, согласно изобретению, на цементную суспензию с водоцементным соотношением равным 0,35 помещенную в закрытую герметичную камеру с закрепленными в крышке и днище высоковольтными электродами спустя 30-45 минут с момента затворения цемента водой воздействуют высоковольтным электрическим разрядом, возникающим за счет принудительного замыкания воздушного разрядника, после чего происходит обработка цементной суспензии путем протекания постоянного электрического тока.

Улучшение физико-механических свойств цементной суспензии происходит за счет повышения интенсивности и глубины гидратации суспензии, посредством увеличения количества активных поверхностей частиц вяжущего, активирования процессов гидратации жидкой среды, резкого увеличения количества свободных носителей заряда. Снижение энергозатрат осуществляется за счет применения низкоэнергетического воздействия на материал. Упрощение технологической схемы за счет простоты конструкции, а также возможность использования в качестве источников тока аккумуляторные батареи.

На Фиг. 1 представлен общий вид устройства для осуществления способа активации цементной суспензии.

На Фиг. 2 показана схема реактора активации установки для осуществления способа активации цементной суспензии.

Устройство содержит источник высокого напряжения 1, в качестве которого могут выступать мобильные аккумуляторные батареи, высоковольтный диод 2, конденсаторная батарея высокого напряжения 3, воздушный разрядник - замыкающий элемент 4, реактор активации (рабочая камера) 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Компоненты цементной суспензии, воду и цемент, делят на заранее рассчитанные порции. Производится тщательно смешение компонентов. Пропорции компонентов принимаются из условия обеспечения водоцементного соотношения равного 0,35. Выполняется укладка цементной суспензии в рабочую зону устройства 5, реактор активации герметично запирается.

Запускается установка, включается источник высокого напряжения 1, напряжение стабилизуется диодом 2, выполняется зарядка конденсаторов 3, выполняется принудительное замыкание воздушного разрядника 4, происходит замыкание цепи в реакторе активации 5 и образуется электрический разряд в цементной суспензии (электрогидравлический удар), сопровождающийся комплексом сопутствующих явлений (резкое повышение давления в разрядной области; мощные импульсно возникающие кавитационные процессы; механические резонансные явления с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел; магнитное воздействие; ионизация суспензии). Время выполнения обработки от начала затворения цемента водой варьируется в зависимости от исходного сырья и целей обработки. Как правило оптимальное время выполнения обработки при стандартном сырье 30-45 минут от смешения компонентов сырья. Далее на цементную суспензию воздействуют постоянным электрическим током, после чего она извлекается из реактора и укладываются в формы с последующим уплотнением.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик цементного камня, улучшение технологических качеств бетонов, повышение энергоэффективности процесса и сокращение сроков набора прочности бетонных конструкций, с применением более простого устройства и оборудования для обработки.

Изобретение относится к области строительного производства и производства строительных материалов, а именно к области активации цементной суспензии путем электрофизического воздействия, и может быть использовано для активации цементных растворов в технологии изготовления бетонов как в заводских условиях, так и в условиях строительной площадки. Способ включает загрузку суспензии в реактор активации для электрофизической обработки смеси высоковольтным электрическим разрядом и протеканием постоянного электрического тока. При этом на цементную суспензию с водоцементным соотношением, равным 0,35, помещенную в закрытую герметичную камеру с закрепленными в крышке и днище высоковольтными электродами, спустя 30-45 минут с момента затворения цемента водой воздействуют высоковольтным электрическим разрядом, возникающим за счет принудительного замыкания воздушного разрядника. После чего происходит обработка цементной суспензии путем протекания постоянного электрического тока. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик цементного камня, улучшение технологических качеств бетонов, повышение энергоэффективности процесса и сокращение сроков набора прочности бетонных конструкций с применением более простого устройства и оборудования для обработки. 2 ил.

Способ активации цементной суспензии, включающий загрузку суспензии в реактор активации для электрофизической обработки смеси высоковольтным электрическим разрядом и протеканием постоянного электрического тока, отличающийся тем, что на цементную суспензию с водоцементным соотношением, равным 0,35, помещенную в закрытую герметичную камеру с закрепленными в крышке и днище высоковольтными электродами, спустя 30-45 минут с момента затворения цемента водой воздействуют высоковольтным электрическим разрядом, возникающим за счет принудительного замыкания воздушного разрядника, после чего происходит обработка цементной суспензии путем протекания постоянного электрического тока.