СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СРОКАМИ СХВАТЫВАНИЯ, СТАДИЯМИ И ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ РАСТВОРНЫХ И БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СРОКАМИ СХВАТЫВАНИЯ, СТАДИЯМИ И ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ РАСТВОРНЫХ И БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ 


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2231510 (13) C2

(51) 7 C04B40/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 19.04.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.06.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002114880/03 
(22) Дата подачи заявки: 2002.06.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.06.05 
(43) Дата публикации заявки: 2003.12.27 
(45) Опубликовано: 2004.06.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2127366 C1, 10.03.1999.
RU 2165495 C1, 20.04.2004.
SU 1242808 А1, 07.07.1986.
DE 3619885 А1, 07.05.1987. 
(72) Имя изобретателя: Булат А.Д. (RU); Царёв А.М. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Булат Анатолий Дмитриевич (RU); Царёв Анатолий Михайлович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 445025, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Ворошилова, 2а, Военный инженерно-технический университет, полковнику А.Д. Булату 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СРОКАМИ СХВАТЫВАНИЯ, СТАДИЯМИ И ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ РАСТВОРНЫХ И БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ 

Изобретение относится к строительному производству и может использоваться при изготовлении бетонных и железобетонных изделий повышенной прочности и возведении монолитных зданий и сооружений. Технический результат – возможность определения времени начала и конца схватывания, ведение пооперационного контроля состояния и образования стадий твердения смесей на основе цемента. В способе образуют, не подключая источников питания, концентрационную цепь из двух электродов однородного материала и бетонной смеси с подключением прибора автоматического контроля. Бетонная смесь используется как электролит. Генерируют в цепи изменяющуюся по величине и во времени ЭДС. По изменению ЭДС и контрольным точкам контролируют и регулируют с высокой точностью стадии твердения смеси и управляют продолжительностью режимами и качеством структурообразования смеси. После завершения структурообразования электроды оставляют застывшими в смеси с отсоединением прибора системы управления и регулирования. 1 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано при изготовлении бетонных и железобетонных изделий повышенной прочности и возведении монолитных зданий и сооружений.

Известны способы определения начала, конца схватывания цемента. В качестве аналога для определения начала, конца схватывания известен пенетрометрический метод Вика, который осуществляется согласно ГОСТ 310.3-76 по п.2. Иглу прибора Вика погружают в цементное тесто через каждые 10 минут. В условиях твердения смеси качество контроля резко снижается. Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 2-4 мм. Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1-2 мм. При этом если начало схватывания цементного теста в какой-то мере соответствует началу индукционного периода, то конец схватывания не соответствует окончанию индукционного периода, он не может точно определен. При схватывании цементное тесто твердеет и иглу опускать в тесто невозможно. Кроме того, для бетонной смеси этот метод вовсе не пригоден, т.к. проникновению иглы в бетонную смесь, кроме того, препятствуют и зерна наполнителя. Данный прибор имеет существенные недостатки. Он имеет большую погрешность, а соответственно низкую точность определения стадий твердения. Если начало схватывания цементного геля можно с невысокой погрешностью определить на данном приборе, то для контроля окончания схватывания и стадий твердения смеси данный способ не пригоден.

Существуют способы приготовления бетонной смеси и изготовления бетонных и железобетонных изделий, например, а.с. № 735245, МКИ С 04 В 40/02, "Способ приготовления бетонной смеси"; а.с. № 1719380, МКИ С 04 В 40/02, "Способ изготовления бетонных и железобетонных изделий". В рассматриваемых способах для повышения прочности бетонных изделий и сооружений бетонные смеси обрабатываются или подвергаются воздействию электрическим полем на основе использования электроэнергии. Но данные способы не могут эффективно использоваться без точного определения начала и конца схватывания.

Наиболее близким по техническому решению можно использовать в качестве способа определения сроков схватывания бетонной смеси и контроля кинетики твердения бетона метод по изменению электропроводности с подключением источника питания [1]. Данный способ принят в качестве прототипа. Анализ существующих исследовательских работ по способу контроля электропроводности цементного геля показывает различный характер кривых, полученных рядом исследователей с большой погрешностью разброса значений, где в основе их лежит единый физический смысл. Но так как само прохождение электрического тока через бетонную смесь влияет на процесс твердения и накладывает ряд условий, влияющих в той или иной мере на кинетику твердения смеси, то устранение отрицательных явлений этих условий (поддержание постоянных градиентов токов при измерении, ограничение и стабилизация измерительного тока, подбор диапазонов частот измерительного тока) очень усложняет конструкцию и настройку существующей измерительной аппаратуры, что приводит к ограничению применения данного способа.

Известные способы определения начала, конца схватывания и контроля стадий твердения бетонной смеси не могут в полной мере отображать сущность физико-химического процесса стадий твердения и оказывают возмущающее воздействие и неблагоприятное влияния на процесс, что сказывается на точности определения стадий и невозможности автоматизации ряда технологических процессов, бетонных работ.

Признаками предлагаемого способа, совпадающими с известными способами и методами, являются: определение времени начала и конца схватывания и контроля стадий твердения смесей на основе цемента. Известно, что физико-механические свойства цементных растворов, бетонных смесей являются общими для различных способов и характеризуются физическим состоянием и изменением структуры цементного геля во времени.

Техническим результатом изобретения является применение предложенного способа для определения времени начала и конца схватывания, ведение пооперационного контроля состояния и образования стадий твердения смесей на основе цемента, оптимального управления режимами и временем процессов структурообразования. В отличие от существующих способов и методов предлагаемый способ обеспечивает точное определение и контроль всех стадий изменения состояния бетонной смеси и управления методами активации вяжущего. Изобретение позволяет прямым способом определять более точно и эффективно время начала, конца схватывания, стадии твердения бетонной смеси. Применение данного способа позволяет исключить использование других способов косвенного, менее точного определения сроков схватывания и твердения бетонов.

Предлагаемый способ является простым и не требует дополнительных источников питания. Простота предложенного способа основана на использовании внутренней энергии цементного геля. Изобретение позволяет определять точно и непосредственно в теле конструкции или массиве смеси с различными заполнителями время начала, конца схватывания, а также осуществлять непрерывный контроль и оптимальное управление стадий твердения. Уменьшается погрешность контроля состояний смеси, исключается влияние внешних факторов, влияющих на физико-химический процесс гидратации вяжущего. Применение данного способа открывает совершенно новые возможности доступного управления процессами изготовления бетонных изделий, позволяет предложить использование более точных методов определения сроков схватывания и контроля стадий твердения смесей на основе цемента по отношению к существующим.

Аналогов предложенного способа нет. Бетонная смесь используется как электролит, на основе которой и двух электродов - обычных стержней, например из стальной проволоки или прутка, образуют концентрационную цепь и создают гальванический элемент. ЭДС, генерируемая в концентрационной цепи, по характеру изменения во времени точно соответствует стадиям изменения состояния бетонной смеси. Электроды после затвердения бетона остаются в монолите. Способ позволяет осуществлять пооперационный контроль состояния стадий структурообразования и вести автоматизацию контроля на заводах железобетонных изделий и при возведении монолитных сооружений, не вмешиваясь в физико-химические процессы структурообразования, кроме того, производить эффективное управление методами активации вяжущих в бетонных смесях. Применение способа позволяет осуществлять бетонные работы с высоким качеством, точностью, длительным пооперационным контролем твердения бетона, с контролем всех стадий твердения бетонной смеси, позволяет повышать прочность сооружений.

Сущность изобретения. Существенные признаки. Для достижения вышеуказанного технического результата в предлагаемом способе образуют, не подключая источника питания, концентрационную цепь из двух электродов однородного материала и бетонной смеси. Являясь раствором, бетонная смесь проявляет себя как твердеющий электролит с изменяющейся концентрацией ионного состава, на основе чего генерируют в цепи изменяющуюся по величине и во времени электродвижущуюся силу (ЭДС), значение которой снимается с помощью подключенного к электродам автоматического самопишущего прибора. ЭДС генерируется за счет изменения свободной энергии цементного геля. Поскольку цементный гель есть электролитическая среда, то она является твердеющим электролитом, который в отличие от классических электролитов является полиионным. По изменению ЭДС регистрируют с высокой точностью стадии твердения смеси и по показаниям самопишущего прибора контролируют продолжительность и интенсивность стадий структурообразования смеси, включая стадии: интенсивной гидратации, образования пространственной коагуляционной тиксотропно обратимой структуры, образование пространственного каркаса кристаллической структуры и конечной стадии нарастания прочности кристаллической структуры. Определяют стадии изменения кинетики структурообразования бетона, включая начало и конец схватывания, стадии твердения смеси. Контролируя изменение значение электродвижущей силы, определяют ряд характерных экстремальных точек, которые позволяют оценить стадии схватывания твердения смеси. Экстремум изменения ЭДС в конце стадии интенсивной гидратации является началом схватывания, а экстремум в конце стадии образования кристаллизационной структуры - концом схватывания.

На чертеже показаны графики изменения физической структуры цементного геля смеси по трем способам контроля: 1 - график изменения ЭДС концентрационной цепи цементного теста по предлагаемому варианту. Точки N1, K1 характеризуют начало и конец схватывания; 2 - график изменения ЭДС концентрационной цепи бетонной смеси по предлагаемому способу. Точки N2, К2 показывают начало и конец схватывания; 3 - график изменения электропроводности (по исследованиям Ахвердова [1]) на кривой 3 по изменению сопротивления R регистрируются точки О, A, N, М, К, F изменения стадий твердения бетонной смеси, где N - начало схватывания, К - конец схватывания бетонной смеси.

Описание способа. Способ позволяет определять начало, конец схватывания и контроль стадий твердения смеси на основе цемента. Смесь, например бетонная, является твердеющим электролитом с изменяющимся ионным составом и концентрацией во времени. Используя данное свойство, образуют, не подключая источников питания, концентрационную цепь из бетонной смеси и двух одинаковых электродов с подключением прибора и генерируют ЭДС. Электролит - бетонная смесь и электроды образуют гальванический элемент, который и является источником электродвижущей силы (ЭДС), регистрируемой прибором. Два электрода, помещенных в бетонную смесь, будут иметь изменяющуюся во времени разность потенциалов на протяжении схватывания и твердения смеси. Электроды могут быть выполнены, например, из стальной проволоки или прутка, они соединены с самопишущим измерительным прибором контроля, который автоматически регистрирует изменение значения ЭДС в мВ. На время измерения в качестве прибора может быть использован, например, усовершенствованный многоканальный самопишущий автоматический потенциометр типа КСП-4 с диапазоном измерения ±1В. На движущейся ленте прибора с большой точностью фиксируется кривая изменения ЭДС, которая соответствует изменению состояния (кинетики) бетонной смеси, стадиям структурообразования бетона. Для автоматического управления режимами структурообразования концентрационную цепь соединяют с системой автоматического управления и регулирования, с помощью которой осуществляется оптимальное управление режимами и процессами активации вяжущих в смеси, осуществляется регулирование процессами структурообразования.

Способ реализуется следующим образом. Как только подготовленный раствор бетонной смеси уложен в форму или опалубку, помещают два одинаковых электрода не в зависимости от глубины погружения в смесь. К выступающим над поверхностью бетонной смеси электродам подсоединяют самопишущий прибор и образуют концентрационную цепь. Помещая два электрода в бетонную смесь, являющуюся твердеющим электролитом, генерируют электродвижущую силу на время структурообразования и твердения смеси. Показания изменения ЭДС фиксируются прибором, регистрируются контрольные точки экстремальных значений, возрастания и убывания функции изменения ЭДС, определяются экстремальные и текущие значения ЭДС на кривой 2 (чертеж). Кривая изменения ЭДС с указанными на ней контрольными точками показывает стадии кинетики твердения, определяются по ним моменты времени, длительность, скорость качественного изменения стадий и процессов структурообразования, включая интенсивность гидратации, образование коагуляционно-кристаллизационной, тиксотропно-обратимой структуры, начало схватывания, образование пространственного каркаса кристаллизационной структуры, конец схватывания, период упрочнения кристаллической структуры, набор прочности цементного камня. Применяя автоматическую систему управления и регулирования, осуществляют оптимальное управление процессами активации вяжущих в смеси, регулирование и автоматический контроль как длительности и скорости качественного изменения стадий, так и режимами и качеством процессов структурообразования смеси, применяя дополнительные способы и технологические процессы влияния на повышение качества структурообразования, например, температурное влияние, вибрационные методы и др.

На чертеже кривая 2 изменения ЭДС отражает контрольные точки и стадии изменения состояния бетонной смеси. Точки являются граничными в оценке физико-химического изменения состояния смеси во времени. По показаниям изменения ЭДС определяют экстремальные значения, в точке N2 ЭДС достигает максимального значения, фиксируют время начала схватывания, в точке К2 минимальным значением ЭДС - время конца схватывания бетона. По изменению кривой 2 определяют стадии и управляют процессами структурообразования и твердения бетонной смеси. Начальная стадия, на отрезке О2А2 характеризует растворение минералов цемента в воде до образования насыщенного раствора, осуществляется образование первичных новобразований, выполняется начальная стадия флуктуации зерен смеси. Стадия A2N2 определяет образование коагуляционной структуры, период колоидации и интенсивной гидратации, когда происходит присоединение воды к твердой фазе реагирующих минералов, зарождение и образование кристаллогидратных новообразований высокой коллоидной дисперсности. Пограничный слой зерен цемента набухает и они вступают в непосредственный контакт, образуя коагуляционную структуру. Цементное тело теряет пластичность, наступает начало схватывания. Стадия N2M2 характеризует период образования кристаллизационного каркаса, кристаллизации связи с началом процесса кристаллизации гидроксида кальция и перекристаллизацией возникших дисперсных кристаллогидратов в более крупные, которые сращиваются между собой, образуя кристаллизационный каркас.

На участке А2М2 образуется пространственная коагуляционная тиксотропно-обратимая структура. Участок A2M2 характеризуется пространственно коагуляционно-кристаллизационной, тиксотропно-обратимой структурой. Данный период позволяет активно вмешиваться в процесс структурообразования с целью повышения качества структуры. Стадия M2K2 - осуществляется процесс обрастания сформированного каркаса гидратными соединениями, образование пространственного каркаса структуры. На стадии К2F2 происходит процесс уплотнения и упрочнения структуры цементного камня вследствие продолжающейся гидратации цементных зерен, происходит нарастание прочности кристаллической структуры с окончательной стабилизацией состояния структуры бетонной смеси. В процессе структурообразования бетонная смесь затвердевает и электроды оставляют застывшими в бетонном монолите и выступающие концы электродов над монолитом при необходимости отрезают, предварительно отсоединив измерительный прибор, систему управления и регулирования.

По изменению кривой 1 (чертеж) определяют с помощью предлагаемого способа стадии и управляют процессами структурообразования и твердения цементного теста. O1A1 - начальная стадия характеризуется растворением минералов цемента в воде до образования насыщенного раствора, появление первичных новообразований. A1N1 - период колоидации, характеризуется присоединением воды к твердой фазе реагирующих минералов и возникновением "зародышей" кристаллогидратных новообразований высокой коллоидной дисперсности. Пограничный слой зерен цемента набухает и зерна вступают в непосредственный контакт, образуя коагуляционную структуру. Цементное тесто теряет пластичность, наступает начало схватывания. N1M1 - период кристаллизации связки с началом процесса кристаллизации гидроксида кальция и перекристаллизацией возникших дисперсных кристаллогидратов в более крупные, которые сращиваются между собой, образуя кристаллический каркас. В процессе выполнения периодов A1N1 и N1M1 формируется коагуляционно-кристаллизационная, тиксотропно-обратимая структура. M1K1 - процесс обрастания сформированного каркаса гидратными соединениями. K1F1 - уплотнение и упрочнение структуры цементного камня вследствие продолжающейся гидратации цементных зерен.

На кривой 1 (чертеж) выделены два участка 1-2 и 3-4, которые показывают с большой погрешностью и определяют возможное место нахождения точек начала (1-2) и конца схватывания (3-4) по способу Вика с помощью погружения иглы на глубину L. Тогда как по предлагаемому способу определяются точно точки N1 и K1 начала и конца схватывания соответственно.

Источники информации

1. Ахвердов Н.И. Основы физики бетона. - М.: Стройиздат, 1979. – 144 с. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ контроля и управления сроками схватывания, стадиями и процессами структурообразования растворных и бетонных смесей, отличающийся тем, что образуют, не подключая источников питания, концентрационную цепь из двух электродов и бетонной смеси, являющейся твердеющим электролитом с изменяющейся концентрацией ионного состава, и генерируют в цепи изменяющуюся по величине и во времени электродвижущуюся силу (ЭДС), в то время как с помощью подключенного к электродам прибора автоматически или визуально регистрируют контрольные точки экстремальных значений, возрастания и убывания функции изменения ЭДС, определяют по ним моменты времени, длительность, скорость качественного изменения стадий и процессов структурообразования: интенсивность гидратации, образование коагуляционной тиксотропно-обратимой структуры, начало схватывания, образование пространственного каркаса кристаллизационной структуры, конец схватывания, период упрочнения кристаллической структуры, набор прочности цементного камня, при этом концентрационную цепь соединяют с системой автоматического управления и регулирования, осуществляют оптимальное управление процессами активации вяжущих в смеси и регулирования процессами структурообразования, а после завершения структурообразования электроды оставляют застывшими в смеси с отсоединением прибора системы управления и регулирования.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru