СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОНА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОНА


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2316521 (13) C1

(51) МПК
C04B 40/00 (2006.01)
C04B 28/02 (2006.01)
C04B 14/04 (2006.01)
C04B 111/32 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.02.2008 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006124267/03 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.07 
(45) Опубликовано: 2008.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP 04-114945 А, 15.04.1992. SU 885199 A, 30.11.1981. RU 2223926 C1, 20.02.2004. RU 2278847 C1, 27.06.2006. SU 688467 A, 30.09.1979. WO 2001/098227 A1, 27.12.2001. 
(72) Автор(ы): Кетов Александр Анатольевич (RU); Пузанов Игорь Станиславович (RU); Пузанов Сергей Игоревич (RU); Рассомагина Анна Сергеевна (RU); Саулин Дмитрий Владимирович (RU); Конев Алексей Владимирович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Пермское производство пеносиликатов" (RU) 
Адрес для переписки: 614990, г.Пермь, ул. Букирева, 15, ПГУ, пат. пов. А.А.Онорину 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОНА

Изобретение относится к производству бетона, содержащего в своем составе стекольный заполнитель (стеклобой) и ингибитор коррозии бетона, способствующий подавлению процессов расширения бетона в результате протекания реакции между щелочами бетона и кремнеземом наполнителя. Способ получения бетона включает перемешивание цемента, песка, стекольного заполнителя, ингибитора коррозии бетона - силикагеля с размером частиц менее 50 мкм в количестве от 4% до 8% от массы цемента - и воды при содержании свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2 O выше 0.6. Технический результат - предотвращение недопустимого расширения бетона на стекольном заполнителе и обеспечение экологической чистоты производства бетона и бетонных изделий при использовании в качестве ингибитора коррозии доступного и недорогого силикагеля.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Область техники

Изобретение относится к производству бетона, содержащего в своем составе стеклобой и ингибитор коррозии бетона, способствующий подавлению процессов расширения бетона в результате протекания реакции между щелочами бетона и кремнеземом наполнителя.

Уровень техники

Бетон - это искусственный камень, состоящий из четырех основных компонентов: воды, цемента, мелких и крупных заполнителей. Бетон - композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси. Все бетоны имеют капиллярно-пористую структуру, состоящую из трех основных компонентов: заполнителя; связующего вещества; пустот в виде пор и капилляров, заполненных воздухом, водой и водяным паром. При смешении портландцемента с водой происходит растворение содержащихся в нем щелочных оксидов Na 2O и К2O. Вследствие этого раствор, содержащийся в пустотах бетона, становится сильнощелочным - его рН составляет 12-13. Некоторые наполнители бетона склонны вступать в реакцию с данным раствором, особенно содержащие в своем составе аморфный кремнезем. Данный процесс получил название реакции между щелочами цемента и кремнеземом наполнителя. В результате данной щелочно-кремниевой реакции образуется гелеобразное вещество, состоящее из силикатов щелочных металлов, при этом происходит увеличение объема заполнителя. Гель характеризуется значительной способностью к разбуханию. Он поглощает воду с последующим увеличением своего объема. Так как гель заключен в окружающий его цементный камень, то возникает внутреннее давление, которое, в конце концов, приводит к возникновению трещин и разрушению цементного камня [1]. Наиболее разрушительным для бетона является разбухание твердых зерен заполнителя. В связи с этим, использование стеклобоя в качестве наполнителя для бетонов представляет собой проблему, поскольку стекло содержит в своем составе аморфный кремнезем. Тем не менее, утилизация стеклобоя для производства бетонов является актуальной задачей, так как в связи с несовершенством существующих технологий утилизации стекла 20-25% стеклобоя не находит своего потребителя и вывозится на свалки, нанося серьезный ущерб окружающей среде.

К настоящему времени разработан ряд методик, позволяющих подавить данную реакцию или даже исключить ее протекание.

Одна из них - снижение содержания щелочей в цементе. Минимальное содержание щелочей цемента, при котором может быть реакция расширения, составляет 0,6% (в пересчете на эквивалент щелочи Na 2O). Между тем такое ограничение не кажется достаточно обоснованным, так как и при малом исходном количестве щелочей в цементах концентрация щелочей в жидкой фазе может оказаться достаточной, чтобы вызвать развитие коррозийных процессов, даже и не сопровождающихся заметным расширением, но способных нарушить сцепление реакционноспособных участков зерен заполнителей с цементным камнем. Кроме того, производство бесщелочных цементов или цементов с резко пониженным содержанием щелочей не может быть практически реализовано из-за трудностей, возникающих в связи с удалением щелочей при обжиге и ограниченных возможностей сырьевой базы.

Другим способом подавления щелочно-силикатной реакции является помол частиц заполнителя до определенного размера [2, 3, 4]. Выявлено, что порошки стекла высокой дисперсности приводят к отсутствию расширения у образцов. Авторы делают предположение о высокой скорости протекания процесса ASR в этом случае, что приводит к завершению процесса в первые одни - двое суток, вследствие чего в дальнейшем не может быть зафиксировано расширение и разрушение образцов. Данная методика отражена в патенте [5]. Согласно предложенному техническому решению, размер большей части частиц стекла должен быть менее 150 микрон. Недостатком данного способа является необходимость тонкого помола стеклобоя, что связано с большими энергетическими затратами.

Другим способом подавления щелочно-силикатной реакции является введение в состав бетона солей лития. Положительное влияние солей лития, уменьшающих расширение, объясняется, видимо, тем, что в результате реакции с кремнеземом образуются гидросиликаты лития, не поглощающие воду. В специальной литературе имеются данные о том, что силикаты лития почти не растворимы. Возможно, что при одновременном присутствии лития, натрия и калия образуются нерастворимые силикаты лития, причем гидрат окиси кальция способствует образованию нерастворимых силикатов. С точки зрения реакции на поверхности кремнезема казалось, что литий должен играть такую же роль как натрий или калий. Однако, если образовавшийся силикат не будет поглощать воду, то расширение в этом случае должно быть гораздо меньше [6]. Согласно предлагаемым методикам, литий вводят в состав бетона либо с наполнителем (используется только специально сваренное, содержащее литий стекло) [7, 8, 9, 10], либо с добавками к цементу [11, 12, 13, 14]. Также предлагаются способы предотвращения разрушения бетона, связанные с введением в затвердевший бетон растворов солей лития через специальное отверстие [15, 16, 17] или с нанесением на поверхность бетона защитного покрытия, содержащего 1-25% LiNO2 [18]. Общим недостатком этих способов является высокая стоимость соединений лития, в связи с чем данные методы не получили широкого распространения.

Другим способом подавления щелочно-силикатной реакции является использование активных минеральных (гидравлических) добавок. Установлено, что активные минеральные добавки, такие как шлак или зола-унос, являются эффективными средствами для уменьшения проницаемости зерен крупного заполнителя. Согласно Бутлеру Г. и Ньюману В. [19], эффект действия золы-уноса обусловлен тем, что она связывает свободную известь, выделяющуюся при гидратации цемента. Образующееся в результате этой реакции дополнительное количество геля C-S-H уплотняет структуру цементного камня, препятствуя миграции гидроксильных групп и предотвращая их взаимодействие с кременеземом заполнителей. Другим немаловажным фактором является эффект снижения щелочности при замене части цемента золой-уносом.

В работе [20] исследовано влияние минеральных добавок (туф, зола-унос, доменный шлак) на расширение раствора на основе портландцемента с повышенным содержанием щелочей и песка, содержащего включения частиц с высоким содержанием растворимого кремнезема.

Установлено, что исследованные минеральные добавки заметно снижают скорость реакции между щелочами и кремнеземом. Защитное действие минеральных добавок по отношению к реакционноспособному заполнителю определяется их кислотностью, то есть в основном содержанием активного SiO 2, а также их физической структурой. Влияние физической структуры минеральных добавок проявляется в их способности адсорбировать на своей поверхности выделяющиеся в раствор ионы К+ и Na+. По степени активности и пассивирующего действия на реакцию между щелочами цемента и кремнеземом заполнителя исследованные минеральные добавки можно расположить в следующем порядке: туф > зола-унос > шлак, что соответствует содержанию SiO2 в этих материалах.

Соответствующие технические решения по предотвращению щелочно-силикатной реакции, заключающиеся во введении в состав бетона активных минеральных (гидравлических) добавок, отражены в следующих патентах:

Fan Binglian, Hu Yiping [21] предлагают в качестве добавки, снижающей расширение бетонов, использовать смесь высокоактивного кремнезема и тонкоразмолотого шлака;

Nakajima Yasuhiro с соавторами [22] применяли доменный шлак или золу-унос в количестве 10-60% от массы цемента;

Fujisaki Kuniya с соавторами [23] использовали смесь аморфного кремнезема и стекла Пирекс со средним диаметром частиц менее 50 мкм в количестве 2-15% от объема заполнителя;

Timothy McCarthy с соавторами [24] выявили, что не склонен к расширению бетон, содержащий в своем составе 25-79% стекла, 8-35% цемента и до 22% ингибитора щелочно-силикатной реакции, представляющего собой метакаолин, золу-унос, доменный шлак либо микрокремнезем;

Oates David Bridson с соавторами [25] в качестве ингибирующей добавки к цементу применяли смесь золы-уноса с микрокремнеземом.

К основным недостаткам данной группы методов следует отнести то, что вышеперечисленные гидравлические добавки являются, в основном, отходами производства и в связи с этим имеют переменный состав, кроме того, они не всегда доступны. Также гидравлические добавки различаются по содержанию в них кальция. Известно, что в цементных системах соотношение Ca:Si оказывает значительное влияние на протекание щелочно-силикатной реакции. Чем выше это соотношение, тем больше свободной щелочи остается в системе. Таким образом, гидравлические добавки с высоким содержанием кальция, например некоторые золы-уносы, не только не будут подавлять протекание щелочно-силикатной реакции, но и будут стимулировать данный процесс, привнося в систему дополнительное количество щелочи.

Итак, поиск экономически выгодных и эффективных способов подавления щелочно-силикатной реакции в бетонах на стекольном заполнителе по-прежнему является актуальной задачей.

Наиболее близкое, по сути, техническое решение описано в патенте [26]. Для подавления щелочно-силикатной реакции в состав смеси для приготовления бетона на стекольном заполнителе дополнительно вносится цеолит - неорганический ионообменник в количестве 3-5% от массы цемента.

Недостатком способа прототипа является получение недостаточно прочного бетона

Раскрытие изобретения

Задачей создания изобретения является повышение прочности бетона на стекольном заполнителе и предотвращение его разрушения в результате протекания щелочно-силикатной реакции.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ получения бетона, включающий перемешивание цемента, песка, стекольного заполнителя, добавки и воды при содержании свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2О выше 0.6%, и отличительных существенных признаков, таких как в качестве добавки для приготовления бетона используют ингибитор коррозии бетона - силикагель с размером частиц менее 50 мкм в количестве от 4% до 8% от массы цемента. Нами было предложено использовать в качестве ингибитора коррозии бетона доступный и недорогой материал с развитой поверхностью и высоким содержанием SiO 2 - силикагель.

Обычно силикагель используется для поглощения паров воды и органических растворителей, адсорбционной очистки неполярных жидкостей, в газовой и жидкостной хроматографии для разделения спиртов, аминокислот, витаминов, антибиотиков и др. [27].

В предлагаемом нами техническом решении описан способ подавления щелочно-силикатной реакции путем внесения в состав бетона вещества с развитой внутренней поверхностью, способного поглотить избыточное количество щелочи из поровой жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что силикагель, как неорганический ионообменник и вещество с развитой внутренней поверхностью, способствует поглощению избыточного количества щелочи из поровой жидкости, что ведет к замедлению или подавлению реакции между щелочами цемента и кремнеземом наполнителя. В качестве ингибитора коррозии использовали силикагель с размером частиц менее 50 мкм, что способствовало его равномерному распределению в цементном тесте. Было выявлено, что при более крупном помоле силикагеля эффект от его применения был существенно ниже. Следовательно, внесение в состав бетона силикагеля в количестве от 4% до 8% от массы цемента способствует значительному снижению относительного расширения образцов бетона при испытаниях по методике ASTM С 1293 - от 0,31 до 0,05%.

Добавление в состав стеклобетона силикагеля в количестве от 4% до 8% от массы цемента позволяет значительно снизить расширение стеклобетона, обусловленное протеканием щелочно-силикатной реакции. Это объясняется тем, что силикагель сорбирует на своей поверхности свободную гидроокись кальция и ионы щелочных металлов. При этом гель кремниевой кислоты, образующийся на развитой внутренней поверхности силикагеля не проникает в поры цементного камня и, таким образом, не вызывает расширения бетона.

Технический результат - способ позволяет удешевить производство стеклобетона за счет использования в качестве ингибитора процессов коррозии доступного и недорогого силикагеля; предотвратить недопустимое расширение бетона на стекольном заполнителе; обеспечить экологическую чистоту производства бетона и бетонных изделий.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного выполнения иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример 1.

Бетонную смесь готовили при комнатной температуре в естественных воздушных условиях, используя в качестве заполнителя стеклобой фракции 12-20 мм. В качестве вяжущего использовали портландцемент М400. Для оценки эффективности подавления расширения бетона использовали метод ASTM 1293. Согласно данной методике, бетон считается не склонным к расширению, если относительное расширение образцов бетона, хранившихся в течение 14 недель при абсолютной влажности, равной 100%, и температуре 60°С, составило менее 0,05%. Бетонную смесь готовили при следующем соотношении компонентов: цемент:песок:стекло=1:1:2, В/Ц=0,425. Содержание свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2O - 0,7 мас.%. Бетонную смесь приготавливают в принудительном бетоносмесителе. Заполнители предварительно смешивали при комнатной температуре в течение 5 минут с цементом, после чего добавляли воду и производили тщательное перемешивание в течение 5 минут до получения однородной массы. Из приготовленной смеси формировали образцы размером 30×30×30 мм для испытания на прочность и образцы 25×25×250 мм для испытания на расширение. Через 14 недель после начала испытаний расширение образца составило 0,31%. Вывод - в отсутствие ингибитора коррозии в бетонах на стекольном заполнителе протекает реакция между щелочью цемента и кремнеземом наполнителя.

Пример 2.

Бетонную смесь готовили в тех же условиях, что и в примере 1. Соотношение цемент:песок:стекло=1:1:2, В/Ц=0,425. Содержание свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2O - 0,8 мас.%. Для ингибирования коррозии бетона использовали силикагель, выпускаемый в виде зерен или шаровидных гранул размером от 5-7 до 10-20 мм со средним эффективным диаметром пор 20-150 А и удельной поверхностью 102-103 м2/г. Предварительная подготовка силикагеля заключалась в его помоле в шаровой мельнице до размера частиц менее 50 мкм. Количество силикагеля составляло 2% от массы цемента. Расширение образцов бетона составило 0,24%. Вывод - введение в состав бетонной смеси силикагеля позволяет частично подавить протекание щелочно-кремниевой реакции, однако в данном случае количество силикагеля недостаточное.

Пример 3.

Бетонную смесь готовили в тех же условиях, что и в примере 1. Соотношение цемент:песок:стекло=1:1:2, В/Ц=0,425. Содержание свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na 2O - 0,9 мас.%. Для ингибирования коррозии бетона использовали силикагель с размером частиц менее 50 мкм. Количество силикагеля составляло 4% от массы цемента. Расширение образцов бетона составило 0,05%. Вывод - введение в состав бетонной смеси силикагеля в количестве 4% от массы цемента препятствует протеканию щелочно-силикатной реакции. Величина расширения образцов бетона находится в рамках допустимых значений.

Пример 4.

Бетонную смесь готовили в тех же условиях, что и в примере 1. Соотношение цемент:песок:стекло=1:1:2, В/Ц=0,425. Содержание свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2O - 0,7 мас.%. Для ингибирования коррозии бетона использовали силикагель. Количество силикагеля составляло 8% от массы цемента. Расширение образцов бетона составило 0,03%. Вывод - введение в состав бетонной смеси силикагеля в количестве 8% от массы цемента эффективно ингибирует реакцию между щелочами цемента и кремнеземом наполнителя. Величина расширения образцов бетона находится в рамках допустимых значений.

Пример 5.

Бетонную смесь готовили в тех же условиях, что и в примере 1. Соотношение цемент:песок:стекло=1:1:2, В/Ц=0,425. Содержание свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na2O - 0,8 мас.%. Для ингибирования коррозии бетона использовали силикагель. Количество силикагеля составляло 10% от массы цемента. Расширение образцов бетона составило 0,025%. Вывод - введение в состав бетонной смеси силикагеля в количестве 10% от массы цемента не приводит к дальнейшему значительному снижению расширения бетона и не является целесообразным.

Технико-экономическое сравнение предлагаемого решения с другими способами ингибирования щелочно-силикатной реакции при использовании в качестве заполнителя стеклобоя позволяет:

- удешевить производство стеклобетона за счет использования в качестве ингибитора процессов коррозии доступного и недорогого силикагеля;

- предотвратить недопустимое расширение бетона на стекольном заполнителе;

- обеспечить экологическую чистоту производства бетона и бетонных изделий.






ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ получения бетона, включающий перемешивание цемента, песка, стекольного заполнителя, добавки и воды при содержании свободной щелочи в цементном тесте в пересчете на Na 2O выше 0,6%, отличающийся тем, что в качестве добавки используют ингибитор коррозии бетона - силикагель с размером частиц менее 50 мкм в количестве от 4 до 8% от массы цемента.





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