ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2283292
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МИКРОГРАНУЛ
КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ В ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИТЫ
Имя изобретателя: Белых Светлана Андреевна (RU); Фадеева Анастасия Михайловна (RU); Мясникова Анастасия Юрьевна (RU); Попова Виктория Григорьевна
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет"
Адрес для переписки: 665709, Иркутская обл., г. Братск, ул. Макаренко, 40, БрГУ, патентный отдел, С.В. Кварацхелия
Дата начала действия патента: 2005.04.12
Изобретение относится к
строительству и производству строительных
материалов, а именно к способам
приготовления комплексных добавок для
бетонных смесей, и может быть использовано
при производстве сборного и монолитного
бетона и железобетона, сухих строительных
смесей, а также в производстве минеральных
вяжущих веществ. Техническим результатом
изобретения является снижение
энергоемкости и упрощение
технологического процесса приготовления
комплексной гранулированной добавки
воздухововлекающего действия в виде
микрогранул. В способе приготовления
микрогранул комплексной добавки в
цементные композиты, включающем получение
смеси тонкодисперсного минерального
компонента с раствором поверхностно-активного
вещества ПАВ, ее осушение с последующим
распадом на микрогранулы, осуществляют
получение смеси введением во взбитую пену,
приготовленную из 10-35%-ного раствора ПАВ -
сырого сульфатного мыла, стабилизированную
жидким стеклом в количестве 15% от массы
указанного раствора, тонкодисперсного
минерального компонента - микрокремнезема
в массовом соотношении указанного раствора
и микрокремнезема, равном 1:0,09-1,2, а осушение
- сушкой при температуре 20-110°С уложенной в
формы указанной смеси.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
строительству и производству строительных
материалов, а именно к способам
приготовления комплексных добавок для
бетонных смесей, и может быть использовано
при производстве сборного и монолитного
бетона и железобетона, сухих строительных
смесей, а также в производстве минеральных
вяжущих веществ.
Известен способ приготовления
комплексного модификатора бетонной смеси,
включающий увлажнение микрокремнезема и
смешение с суперпластификатором на основе
натриевой соли продукта конденсации b
-нафталинсульфокислоты и формальдегида с
доведением до требуемой влажности
получаемого порошкообразного продукта, при
смешении дополнительно вводят
нитрилотриметилфосфоновую кислоту и
увлажняют водой до получения суспензии
состава, мас.%: микрокремнезем 40-70;
суперпластификатор на основе натриевой
соли продукта конденсации b
-нафталинсульфокислоты и формальдегида
4,0-9,5; нитрилотриметилфосфоновая кислота
0,01-0,40; вода - остальное, а доведение до
влажности 1-8% осуществляют сушкой в
воздушном потоке при температуре 160-300°С [Патент
RU 2096389, МПК 6 С 04 В 40/00, 1997].
Наиболее близким по технической сущности
является способ приготовления комплексной
добавки для бетонной смеси путем смешения
лигносульфонатов технических с сульфатом
натрия и щелочесодержащим минеральным
компонентом и нагрева до 90°С, причем в
качестве сульфата натрия используют
гранулированный до фракции 5 мм сульфат
натрия, в качестве щелочесодержащего
минерального компонента цементную пыль и
дополнительно вводят 50%-ный раствор кубовых
остатков синтетических жирных кислот в
уайт-спирите. Указанные компоненты
смешивают в соотношении по массе на сухое
вещество технические лигносульфонаты:
гранулированный сульфат натрия: 50%-ный
раствор кубовых остатков синтетических
жирных кислот в уайт-спирите,
1,0:(0,6-1,5):(0,05-0,15):(0,05-0,1), а затем перетирают до
пастообразной консистенции, гранулируют и
охлаждают до температуры не выше 30°С,
причем количество комплексной добавки в
бетон составляет 0,5-0,9% от массы цемента [Патент
RU 2032641, МПК 6 С 04 В 28/04, 1995].
Недостатками известных способов
приготовления комплексных добавок для
строительных композитов являются:
сложность технологического процесса,
высокий расход электроэнергии на процесс
сушки и невозможность использования
некоторых комплексных добавок в составах
сухих строительных смесей из-за трудностей,
связанных с равномерным распределением
таких добавок в смеси.
Технической задачей изобретения является
снижение энергоемкости и упрощение
технологического процесса приготовления
комплексной гранулированной добавки
воздухововлекающего действия в виде
микрогранул. Микросферические гранулы на
основе минерального компонента позволяют
использовать свойства поверхностно-активного
вещества и применять тонкодисперсные
многотоннажные отходы промышленности в
качестве минерального компонента
цементных композитов.
Технический результат достигается тем,
что способ приготовления микрогранул
комплексной добавки в цементные композиты,
включающий перемешивание тонкодисперсных
минеральных материалов с раствором
поверхностно-активного вещества (ПАВ) и
сушку, осуществляют путем разрушения
малопрочных массивов минерализованной
пены; причем пену готовят из водных
растворов пенообразующего поверхностно-активного
вещества 10-35%-ной концентрации,
стабилизируют жидким стеклом в количестве
15% от массы раствора ПАВ, а минеральный
тонкодисперсный компонент вводят во
взбитую пену в массовом соотношении
раствор ПАВ : минеральный компонент - 1:0,09-1,2.
Минерализованную пену укладывают в формы и
сушат при температуре 20-110°С.
После осушения вспененный материал
самопроизвольно по мере высушивания или
при слабом сжатии (0,01-0,08 кгс/см2 )
распадается на микросферы и представляет
собой порошок, который обладает меньшей
удельной поверхностью по сравнению с
исходным тонкодисперсным материалом, не
пылит.
Пример
Способ приготовления микрогранул
комплексной добавки осуществляли методом
сухой минерализации пены. Приготовили
водный раствор воздухововлекающей добавки
сырого сульфатного мыла с концентрацией 10,
23, 35%. Отдозированный раствор взбивали в
пену. Кратность пены по объему тем выше, чем
меньше концентрация поверхностно-активного
вещества, и для растворов выбранной
концентрации она составила 7, 5, 3
соответственно. При постоянном
перемешивании во взбитую пену вводили
жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078-81) в
количестве 15% от массы раствора
поверхностно-активного вещества. Далее в
полученную пену вводили тонкодисперсное
вещество, а именно микрокремнезем - отход
производства кристаллического кремния.
Сырую массу минерализованной пены
укладывали в формы и сушили. Сушку
осуществляли при температуре 20-110°С.
Наиболее оптимальным получили режим сушки
до постоянной массы при температуре 65-70°С.
Так, при комнатной температуре
отформованные материалы высохли до
постоянной массы за 28 часов, при 105-110°С - за 3
часа, при 65-70°С - за 3,5 часа, а при 50°С - за 7
часов.
Характеристика веществ, используемых для
примера осуществления предлагаемого
способа.
Сырое сульфатное мыло (ТУ 13-0281078-28-118-28) -
промежуточный продукт производства
целлюлозы. Добавка сырого сульфатного мыла
(ССМ) представляет собой пастообразный
продукт темно-коричневого цвета, имеет
концентрацию 45-70% в пересчете на сухое
вещество, легко растворима в воде. ССМ
является поверхностно-активным веществом
ионогенного типа.
Сырое сульфатное мыло обладает сильным
стабильным воздухововлекающим эффектом
при приготовлении цементных смесей (бетонных,
растворных), описанным в различных
источниках научно-технической информации.
При оптимальных дозировках добавка ССМ
обеспечивает 3-5% вовлеченного воздуха в
тяжелые бетоны, улучшает формуемость
смесей, снижает их водоотделение и
расслаиваемость, увеличивает
морозостойкость и водонепроницаемость
цементных материалов. В сухих строительных
смесях добавку ССМ используют для
улучшения удобоукладываемости.
Таблица 1
Химический состав ССМ |
| Название |
Содержание, % от сухих
веществ |
| Смоляные жирные кислоты и их
соли |
Неомыляемые вещества |
Лигнин и его соединения |
Свободная щелочь, сульфат и
карбонат |
Вода |
| Сырое сульфатное мыло (ССМ) |
45-55 |
4-8 |
2-3 |
1 -3 |
ост. |
Растворы добавки ССМ различной
концентрации готовили из пасты 67%-ной
концентрации.
Микрокремнезем (МК) является
многотоннажным отходом производства
кристаллического кремния Братского
алюминиевого завода (БрАЗ), ежегодный выход
которого достигает 32 тыс. тонн. В таблице 2
приведены основные физико-технические
свойства МК БрАЗа.
Гранулометрический состав МК по данным
технического паспорта отходов БрАЗа
представлен в таблице 3, химический анализ -
в таблице 4.
Таблица 2
Физико-технические свойства
микрокремнезема |
| Насыпная плотность, кг/м3 |
Истинная плотность, кг/м3 |
Удельная поверхность, м2/г |
Влажность, % |
Водородный показатель (рН) |
| 150...380 |
2000...2180 |
25...34 |
2...3 |
5...7 |
Таблица 3
Гранулометрический состав
микрокремнезема |
| Размер частиц, мкм |
менее 0,1 |
0,1...0,2 |
0.2...0,4 |
0,4...1,0 |
1,0...10 |
10...50 |
50...100 |
более 100 |
| Содержание по массе, % |
8,5 |
34,5 |
30,0 |
8,0 |
2,5 |
1,0 |
5,0 |
11,0 |
Таблица 4
Химический анализ микрокремнезема |
| Содержание соединений,
мас.% |
| SiO 2 |
Fe2O 3 |
CaO |
MgO |
Na2O+K 2O |
Al2O 3 |
SO2 |
SiC |
| 90-94 |
1-3 |
0,7-1,4 |
0,2-0,4 |
0,1-0,5 |
0,7-1,5 |
до 0,09 |
до 3 |
В соответствии с ГОСТ 9169-78 микрокремнезем
относится к кислому сырью.
Химический и гранулометрический состав
МК, улавливаемого разными полями
электрофильтров, неодинаков (см. табл.5).
Таблица 5
Химический состав МК (мас.%) по полям (данные
БрАЗа за 1998 г.) |
| Поле |
SiO2 |
Fe2O3 |
MgO |
Na2O |
К2O |
Al 2O3 |
CaO |
П.П.П. |
| 4 |
93,00 |
0,14 |
1,03 |
0,41 |
0,36 |
0,70 |
0,26 |
3,96 |
| 3 |
90,70 |
0,19 |
1,02 |
0,41 |
0,36 |
0,76 |
0,34 |
6,14 |
| 2 |
84,30 |
0,28 |
0,98 |
0,42 |
0,36 |
0,86 |
0,48 |
12,24 |
| 1 |
70,60 |
0,48 |
1,00 |
0,43 |
0,40 |
0,98 |
0,78 |
25,28 |
| среднее |
84,65 |
0,27 |
1,00 |
0,48 |
0,37 |
0,83 |
0,46 |
11,9 |
Проба МК (смесь 1-4 полей в равном
количестве), использованная для примера
осуществления предлагаемого способа,
характеризуется:
1) Истинной плотностью - 2,63 г/см3;
2) Насыпной плотностью - 210 кг/м3;
3) Остатком на сите №008-0 мас.%;
4) П.П.П. - 14 мас.%.
Содержание компонентов поверхностно-активного
вещества и тонкодисперсного материала в
исходной сырьевой смеси для приготовления
комплексных добавок представлено в табл.6, а
фракционный состав полученных гранул
добавки представлен в табл.7.
Таблица 6
Содержание компонентов ПАВ и
тонкодисперсного материала в исходной
сырьевой смеси |
| № состава |
Раствор ПАВ,% |
Соотношение, мас.% |
| ССМ |
Вода |
Раствор ПАВ |
Микрокремнезем |
Жидкое стекло |
| 1 |
35 |
65 |
43 |
50,55 |
6,45 |
| 2 |
35 |
65 |
57 |
34,45 |
8,55 |
| 3 |
35 |
65 |
69 |
20,65 |
10,35 |
| 4 |
23 |
77 |
52 |
40,2 |
7,8 |
| 5 |
23 |
77 |
65 |
25,25 |
9,75 |
| 6 |
23 |
77 |
74 |
14,9 |
11,1 |
| 7 |
10 |
90 |
66 |
24,1 |
9,9 |
| 8 |
10 |
90 |
75 |
13,75 |
11,25 |
| 9 |
10 |
90 |
81 |
6,85 |
12,15 |
При использовании пенообразователя с
концентрацией раствора менее 10% кратность
вспениваемых растворов значительно
увеличивается, но при минерализации данная
пена быстро разрушается и неэффективна с
точки зрения получения микрогранул.
Растворы ПАВ с концентрацией более 35% имеют
низкую кратность вспенивания, а при сушке
большое количество органического вещества
приводит к слипанию гранул и их
агломерированию.
Таблица 7
Фракционный состав гранул добавки |
| Вещество |
Полный остаток на сите
мм, % |
| 0,6 |
0,315 |
0,14 |
0,08 |
| Микрокремнезем |
0 |
0 |
0 |
0 |
| Пробы гранул из состава № |
|
| 1 |
Слитный (агломерированный)
материал, требует дополнительного
измельчения |
| 2 |
0 |
32,54 |
89,31 |
100 |
| 3 |
0 |
60,26 |
93,03 |
100 |
| 4 |
0 |
33,85 |
81,98 |
100 |
| 5 |
0 |
22,20 |
71,08 |
100 |
| 6 |
0 |
29,05 |
78,04 |
100 |
| 7 |
0 |
46,05 |
77,39 |
100 |
| 8 |
0 |
27,94 |
60,33 |
100 |
| 9 |
Микрогранулы не
образуются по причине малой
концентрации минеральной части |
Технический результат оценивали по
величине поверхностного натяжения s
водных растворов исходной добавки и водных
вытяжек из гранулированных комплексных
добавок, для того чтобы установить,
сохраняются ли поверхностно-активные
свойства добавки ССМ после грануляции по
предлагаемому способу.
Величину s измеряли на катетометре KM - 8 по высоте
поднятия жидкости в капиллярах.
Среднеквадратическое отклонение
результатов измерений колебалось в
пределах 0,019...0,34, коэффициент вариации -
0,24...8,98%.
Установили, что при эквивалентном
содержании поверхностно-активные свойства
гранулированных добавок соотносятся с
поверхностно-активными свойствами
исходного сырого сульфатного мыла.
Величины поверхностного натяжения водных
растворов при концентрации сырого
сульфатного мыла 1% в пересчете на сухое
вещество представлены в табл.8.
Таблица 8
Величина поверхностного натяжения
водных растворов при концентрации ССМ
1% в пересчете на сухое вещество |
| Добавка |
Коэффициент поверхностного
натяжения, s *10-3 Н/м |
| Вода - без добавки |
73,47 |
| ССМ |
27,45 |
| Состав №2 по табл.6 |
28,46 |
| Состав №5 по табл.6 |
27,95 |
| Состав №7 по табл.6 |
28,14 |
Предлагаемый способ позволяет управлять
соотношением поверхностно-активного
вещества и тонкодисперсного материала,
регулируя как концентрацию исходного
раствора ПАВ, так и количество вводимого
сухого минерализатора. Например, если
необходимо получить добавку, удобную для
применения в тяжелых бетонах с целью
регулирования воздухосодержания смеси,
микрогранулы готовят из более
концентрированных водных растворов ПАВ,
для приготовления сухих строительных
смесей, низкомарочных вяжущих или вяжущих
низкой водопотребности соотношение
веществ увеличивают в сторону
тонкодисперсного материала.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ приготовления
микрогранул комплексной добавки в
цементные композиты, включающий
получение смеси тонкодисперсного
минерального компонента с раствором
поверхностно-активного вещества ПАВ, ее
осушение с последующим распадом на
микрогранулы, отличающийся тем, что
осуществааяют получение смеси введением
во взбитую пену, приготовленную из 10-35%-ного
раствора ПАВ - сырого сульфатного мыла,
стабилизированную жидким стеклом в
количестве 15% от массы указанного
раствора, тонкодисперсного минерального
компонента - микрокремнезема в массовом
соотношении указанного раствора и
микрокремнезема, равном 1:0,09-1,2, а осушение
- сушкой при температуре 20-110°С уложенной
в формы указанной смеси.
Версия для печати
Дата публикации 12.05.2007гг
вверх
|
