Способ активации заполнителей цементного бетона

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к технологии получения цементного бетона.

Известны способы активации песка и щебня, называемых инертными заполнителями для цементного бетона, путем дробления, измельчения и очистки их от вредных примесей [1]. Однако применение этих способов не обеспечивает необходимого сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей в бетоне. Этот элемент в структуре бетона является наиболее слабым и уязвимым по прочности.

Известен также способ получения бетона с активацией песка измельчением, с добавками суперпластификатора, фтористого аммония и кремнекислого натрия [2]. Этот способ по своей технической сущности и назначению наиболее близок к заявляемому и принят в качестве прототипа. Однако и последний способ не обеспечивает получение высоких потенциально возможных результатов и чрезмерно сложен.

Задачей настоящего изобретения является усиление прочности сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя. Она решается путем создания на поверхности заполнителя реакционного слоя, способного вступать в химическое взаимодействие с новообразованиями цемента при его твердении. При этом слабые адгезионные связи заменяются сильными ионными связями, и силы сцепления цементного камня с поверхностью заполнителя многократно увеличиваются. Бетон превращается в реальный монолит, в котором уравниваются прочности заполнителя, цементного камня и их граничного взаимодействия.

Сущность и отличительные признаки изобретения состоят в следующем. Способ активации заполнителей цементного бетона путем его измельчения и добавки силиката натрия или калия с отвердителем отличается тем, что на поверхность заполнителя предварительно наносят тонкий слой водного раствора жидкого стекла плотностью 1,25-1,5 г/см³ в количестве до 3% по массе сухих веществ, затем высушивают заполнитель при температуре 60-250°С или выдерживают при обычной температуре до твердения нанесенного слоя жидкого стекла.

Другое отличие способа состоит в том, что к раствору жидкого стекла добавляют до 16% по сухой массе кремнефтористого натрия или до 3% фторида натрия, или аммония, или магния, или алюминия, а также суперпластификатора, например, до 3% С-3 или без него.

Третье отличие способа активации заполнителя состоит в том, что нанесение раствора жидкого стекла с добавками на поверхность мелкого заполнителя - песка осуществляют сначала разбрызгиванием раствора в лопастном смесителе, а затем песок обрабатывают в стержневом смесителе с удельными энергозатратами в пределах 1-6 кВт·ч на тонну сухого заполнителя.

И последнее отличие предлагаемого способа состоит в том, что нанесение слоя жидкого стекла с добавками на щебень и гравий осуществляют разбрызгиванием раствора на заполнитель в лопастном смесителе.

Физико-химической основой процесса активации заполнителей цементного бетона является нанесение на чистую поверхность песка и щебня тонкого слоя минерального состава, способного образовывать сильные химические связи как с поверхностью заполнителя, так и вступать в реакцию с новообразованиями цементного камня. В предлагаемом способе использовано свойство водного коллоидного раствора кремнекислого натрия соединяться с родственной поверхностью кварца и других силикатов с образованием сначала хемосорбционных связей, переходящих затем в химические (ионные) связи. Этот процесс ускоряется при нагревании и сушке, а также в результате каталитического действия добавок флюоратов и фторидов ряда катионов.

Заполнитель с модифицированной поверхностью уже не является "инертным" материалом. При обычном твердении бетонной смеси такой заполнитель вступает в химическое взаимодействие с гидратами силикатов цементных минералов, образуя прочное соединение цементного камня с поверхностью заполнителя. Таким образом, устранение слабого элемента в структуре бетона обеспечивает существенное повышение прочности этого строительного материала.

В таблицах 1 и 2 приведены примеры по определению зависимости прочности образцов бетона через 28 суток идентичного состава от параметров способа и состава модифицирующей добавки.

Установлено, что активация заполнителя указанным способом позволяет повысить прочность бетона примерно до 1000 кгс/см². Определены также оптимальные параметры способа: количество добавки жидкого стекла и катализатора, условия естественного твердения и термообработки заполнителя. В естественных условиях (температура 15-25°С) твердение наносимого на заполнитель слоя происходит в течение 2-7 суток, а сушка при 60-250°С обеспечивает твердение через несколько часов. Доказана эффективность двухстадийного смешивания песка с жидким стеклом в лопастном смесителе и последующая обработка его в стержневом агрегате.

С достаточной уверенностью можно считать, что такие свойства, как долговечность и коррозионная стойкость бетона тоже увеличиваются синхронно с ростом прочности.

Предлагаемый способ активации заполнителей цементного бетона является простым и экономичным. Заполнители с модифицированной поверхностью целесообразно применять в бетонах, предназначенных для особо ответственных строительных конструкций и изделий.

Источники информации:

1. Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд. "Высшая школа". М., 1978 г.

2. Зенкин В.К. и др. Способ приготовления бетонной смеси. Патент РФ №2012552. БИ №9 от 15.05.1994 г.

1. Способ активации заполнителя цементного бетона путем нанесения на его поверхность раствора жидкого стекла и последующего отверждения, отличающийся тем, что используют раствор жидкого стекла плотностью 1,25-1,50 г/см³ в количестве до 3% по массе заполнителя, нанесение раствора жидкого стекла на поверхность мелкого заполнителя осуществляют распылением в лопастном смесителе с последующей обработкой в стержневом смесителе с удельными энергозатратами в пределах 1-6 кВт·ч на одну тонну заполнителя, а отверждение осуществляют путем термообработки при температуре 60–250°С или выдерживанием при нормальной температуре.

2. Способ п.1, отличающийся тем, что к раствору жидкого стекла добавляют до 16% по массе сухих веществ кремнефтористого натрия или до 3% фторидов натрия, калия, аммония, магния или алюминия.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что к раствору жидкого стекла с добавками отвердителей или без них дополнительно вводят до 3% суперпластификатора, например С-3.