СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2023 года по МПК C04B40/00 C04B20/02 

Изобретение относится к способу производства строительных материалов, к технологии приготовления бетонной смеси (далее БС) и может быть использовано при изготовлении монолитных и сборных изделий из бетона и железобетона.

Известен способ приготовления БС, включающий предварительное мытье щебня и песка водным раствором поверхностно - активных веществ [1]. Поверхностно-активные вещества (далее ПАВ) обладают способностью эмульгировать воздух в воде, и облегчают смачивание водой поверхности щебня и песка. Чем полнее смачивание минеральных компонентов БС, тем больше однородность свойств в различных участках бетона и тем выше его качество. Тончайшие слои воздуха, адсорбированного на частицах песка и щебня, в том числе в микротрещинах и микрощелях, или защемленного между частицами препятствуют их смачиванию.

Недостатками данного способа является необходимость утилизации отработанного промывочного раствора (далее ОПР) и сушка промытого песка [2], необходимая в условиях минусовых температур.

Данные проблемы принципиально решаются приемом инновационного консалтинга «соединение», если после промывки ОПР полностью использовать для затворения БС. Этому мешает ограничение, накладываемое «полным использованием», на количество воды и ПАВ, используемых для отмывки, поскольку:

- количество воды, используемой для отмывки щебня и песка, входящих в определенный объем БС, не должно превышать количество воды используемой для затворения того же БС, иначе нарушится необходимое водно-цементное соотношение [3];

- количество ПАВ, используемой для отмывки щебня и песка входящих в определенный объем БС, не должно превышать определенного порога, за которым идет замедление гидратации цемента [4].

Однако, сокращение количества воды и ПАВ используемой для отмывки приводит к ухудшению качества отмывки. Налицо противоречие:

- для качественной отмывки щебня и песка количества воды и ПАВ должно быть больше;

- для сохранения качества приготовляемой, с использованием ОПР БС и прочности полученного из такой БС бетона, оно должно быть меньше.

Противоречие решается с помощью приема инновационного консалтинга «фазовый переход», а именно: повышением отмывающего действия ограниченного количества воды и ПАВ, путем предварительной активации раствора ПАВ и совместной активацией раствора ПАВ и песка в аппарате вихревого слоя (далее ABC). При этом активированным в ABC раствором ПАВ, моется щебень, а песок, вследствие небольшого размера зерен, моется непосредственно в ABC.

При обработке материалов в ABC, на их поверхность воздействуют, порождаемые электроразрядами, мощные кавитационные силы (перепад давления до 10000 атмосфер), что обеспечивают дезинтеграцию и взаимодействие даже на молекулярном уровне. Например, при совместной обработке жидкой серы и мазута получается серополимарный цемент [5].

Такое интенсивное воздействие позволит резко сократить количество воды и ПАВ, необходимых для качественной промывки щебня и песка. При активации раствора ПАВ в ABC в среде электроразрядов молекулы ПАВ получают дополнительную степень ионизации, что повышает их моющие свойства при мойке щебня. При активации смеси песка и раствора ПАВ, помимо дополнительной ионизации ПАВ, молекулы воды как несжимаемой жидкости, в которой распространяются кавитационные волны, играют роль «дроби» для очистки поверхности песчаных зерен.

Другое обстоятельство, которое мешает реализовать решение «полного использования» ОПР, является необходимость нейтрализации негативного воздействия минеральных и органических частиц, попавших в ОПР, на свойства бетона. Из них по опасности на первом месте стоят глинистые примеси из-за подверженности значительному разбуханию при увлажнении и усадке при высыхании. При этом особое значение имеет размер частиц глины и их чешуйчатое строение (признак набухания). Молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их, вызывая набухание глины [6]. Это приводит к появлению трещин в бетоне и уменьшает его прочность.

При отмывке щебня и песка, глинистые частицы при полном использовании ОПР неизбежно попадут в БС и резко ухудшат свойства бетона. Налицо противоречие:

- для повышения прочности бетона глинистых частиц в составе БС быть как можно меньше;

- при полном использовании ОПР в составе БС, все глиняные частицы остаются в БС.

Противоречие решается с помощью приемов инновационного консалтинга «фазового перехода», «уменьшения размера» и «тонких пленок» Обработка ОПР в ABC способствует разрушению крупных структур [7], в том числе чешуйчатой структуры каолинита, а наличие ПАВ препятствует их вторичной агрегации. Кроме того, при обработке в ABC доля глинистых частиц будет уменьшаться за счет их реакции в зоне повышенного кавитационного давления с ионогенными ПАВ.

Обработка ОПР в ABC способствует также разрушению таких вредных компонент ОПР, как гумусовые кислоты [8]. Эти кислоты препятствуют нормальному твердению цементного камня, особенно в первые дни, и резко снижают прочность бетона. Основная часть этих кислот - гуминовые кислоты [9] представляют собой высокомолекулярные органические соединения с минимальной молекулярной массой 60000 единиц. В ABC такие высокомолекулярные органические соединения неизбежно подвергаются в зоне кавитации гидролизу, распадаясь на ряд более простых соединений (прием инновационного консалтинга «уменьшение размера»).

Для наиболее полной нейтрализации вредных частиц необходимо один и тот же ОПР подвергать обработке в ABC дважды:

- первый раз до приготовления активированного раствора ПАВ для мойки щебня;

- второй раз после мойки щебня активированным раствором ПАВ, для чего ОПР после мойки щебня сливается, в него добавляется песок, подлежащий мойке, и эта смесь повторно обрабатывается в ABC.

При такой последовательности нейтрализуются не только вредные частицы, содержащиеся в песке, но и частицы, попавшие в ОПР после мойки щебня.

Цель изобретения: повышение прочности бетона и полное использование отработанного помывочного раствора в составе приготовляемой бетонной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что предварительное мытье щебня осуществляется с использованием водного раствора поверхностно активных веществ, активированного в аппарате вихревого слоя, а мытье песка водным раствором ПАВ осуществляется непосредственно в аппарате вихревого слоя.

Таким образом, предлагаемый способ будет состоять из следующих операций:

- приготовление в ABC активированного раствора ПАВ с использованием количества воды, необходимого и достаточного для приготовления заданного количества БС и количества ПАВ не превышающего опасного предела, за которым идет ухудшение качества бетона;

- мойка щебня с использованием полученного активированного раствора;

- слив ОПР после мойки и загрузка в него песка в количестве необходимом и достаточном для приготовления заданного количества БС;

- обработка ОПР с песком в ABC в течение времени необходимого и достаточного для качественной отмывки песка и разрушения частиц ОПР, вредных для бетона;

- слив полученного вторичного ОПР с песком на отмытый щебень и добавления цемента в количестве необходимом и достаточном для получения заданного количества БС;

- тщательное перемешивание всех компонентов до получения БС.

Заявляемый способ с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах, с использованием различных устройств и различных материалов и смесей материалов, успешно реализован на практике с получением указанного выше результата.

Пример. Способ приготовления БС поясняется чертежом на Фиг. 1. Из дозатора воды (1) и дозатора ПАВ (2) в направляющую воронку (3) ABC (4) подается вода и ПАВ в необходимом количестве. Они проходят через активную зону аппарата и полученный активированный раствор через распределительную воронку (5) направляется в бетоносмеситель (6). Затем из расходного бункера для щебня (7) через дозатор щебня (8), направляющую (9) и распределительную (10) воронки необходимое количество щебня загружается в бетоносмеситель (6), где щебень моется ранее залитым активированным раствором ПАВ. После окончания мойки ОПР через поворотную воронку(11) сливается в накопительный бункер (12). Мытый щебень при этом остается в бетоносмесителе (6). Из накопительного бункера ОПР центробежным насосом (13) подается в направляющую воронку (3) ABC (4). Туда же одновременно из расходного бункера для песка (14) и дозатор песка (15) подается песок, который проходя совместно с ОПР через активную зону аппарата моется и образует на выходе из ABC водо - песчаную смесь. Эта смесь через распределительную воронку (5) поступает в бетоносмеситель, где уже находиться мытый щебень. Затем из накопительного бункера для цемента (16) через дозатор цемента (17), направляющую (9) и распределительную воронку (10) необходимое количество цемента загружается в бетоносмеситель (6). Затем бетоносмеситель включается и в нем готовится бетонная смесь. Готовая бетонная смесь через поворотную воронку (11) выгружается в раздаточный бункер (18), откуда поступает в транспортные (19) средства (самосвал или бетоновоз).

Источники информации:

[1] Электронный ресурс: http://www.arhplan.ru/materials/concrete/effectiveness-of- surfactant-additives

[2] Патент РФ N2405746 С1МПКС04В 18/12 В07В 1/00. Способ получения строительных песков из отсевов, образующихся при производстве щебня. Арсентьев Василий Александрович, Панарин Сергей Николаевич, Биленко Леонид Федорович. Опубликовано: 10.12.2010 Бюл. №34.

[3] Электронный ресурс: http://betonkazan.blogspot.com/2013/02/blog-post 8130.html?m=l

[4] Электронный ресурс: https://cvberleninka.ru/article/n/mehanizm-lozhnogo-shvatyvaniya-tsementnyh-sistem-s-dobavkami-pav/viewer

[5] Патент РФ N 2530069 С2 МПК С01 В 17/12, С04 В 28/36. Технологическая линия по производству гомогенных композиций. Журавлев Александр Порфирьевич. Опубликовано: 10.10.2014 Бюл. №10.

[6] Электронный ресурс: https://studopedia.ru/19_56946_stroenie-sistemi-glina--voda.html

[7]Электронный ресурс: https://www.apparat-nn.ru/articles/tselliulozno-bumazhnaia-promyshlennost

[8] https://istra.eto-ya.com/2009/10/27/121

[9] https://studfile.net/preview/9113717/page:32/

Изобретение относится к способу производства строительных материалов. Технический результат заключается в повышении прочности бетона и полном использовании отработанного помывочного раствора в составе приготовляемой бетонной смеси. Способ приготовления бетонной смеси включает предварительное мытье щебня и песка водным раствором поверхностно-активного вещества, согласно изобретению предварительное мытье щебня осуществляют в бетоносмесителе водным раствором поверхностно-активных веществ, предварительно активированным в аппарате вихревого смешения, затем осуществляют предварительное мытье песка с использованием указанного водного раствора поверхностно-активных веществ непосредственно в аппарате вихревого смешения, далее водо-песчаную смесь подают в бетоносмеситель, где находится мытый щебень, туда же добавляют цемент и готовят бетонную смесь. 1 ил.

Способ приготовления бетонной смеси, включающий предварительное мытье щебня и песка водным раствором поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что предварительное мытье щебня осуществляют в бетоносмесителе водным раствором поверхностно-активных веществ, предварительно активированным в аппарате вихревого смешения, затем осуществляют предварительное мытье песка с использованием указанного водного раствора поверхностно-активных веществ непосредственно в аппарате вихревого смешения, далее водо-песчаную смесь подают в бетоносмеситель, где находится мытый щебень, туда же добавляют цемент и готовят бетонную смесь.