СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ТОРКЕТ-БЕТОНА ( ВАРИАНТЫ)
METHOD TO PRODUCE COMPLEX ADDITIVE FOR AIR PLACED CONCRETE (VERSIONS)

Группа изобретений относится к области строительных материалов, в частности к способам производства комплексных добавок, используемых в торкрет-бетонах для повышения прочности бетона в раннем и зрелом возрасте и применяемых в широком диапазоне температур окружающей среды.
В настоящее время одной из наиболее перспективных технологий монолитного строительства (в т.ч. транспортных сооружений) и ремонта является торкретирование. За счет нанесения под давлением сжатого воздуха достигается эффективная адгезия слоя бетона с поверхностью конструкции (или основания), заполнение трещин, раковин и мелких пор. В технологии «мокрого» торкретирования обязательно применяют высокоэффективные добавки-ускорители. Такие добавки в виде водных растворов часто хранятся длительное время в условиях низких температур окружающей среды и должны иметь высокую стабильность при хранении.
Известен способ производства комплексной добавки для торкрет-бетона, описанный в [Заявка WO 1996 EP 04647 19961025 Solidifying and hardening accelerator for hydraulic binders].
В состав добавки входят следующие компоненты: компоненты А: соли алюминия и/или гидроксид алюминия; компонент В: сульфат алюминия и/или серная кислота; компонент С: органические карбоновые кислоты или смесь по крайней мере двух из органических карбоновых кислот; компонент D: алюминиевые соли органических карбоновых кислот; компонент Е: органические и/или неорганические сульфаты, и/или сульфаты водорода, и/или карбонаты, и/или гидрокарбонаты, и/или щелочноземельные оксиды, и/или щелочноземельные гидроксиды. Компоненты растворяют в воде при температурах до 150°C, при этом компоненты реагируют друг с другом таким образом, что молярное соотношение сульфата алюминия к гидроксиду алюминия в конечном продукте составляет от 0,83 до 13,3 и молярное соотношение алюминий : карбоновые кислоты между 0,67 и 33,3.
Недостатками такого способа производства комплексной добавки для торкрет-бетона являются недостаточная стабильность конечного продукта при длительном хранении, а также сложность процесса производства добавки, требующего нагрева раствора до очень высоких температур (150°C) и поддержания указанной температуры в течение времени реакции.
Известен способ производства добавки для торкрет-бетона, описанный в [Патент CN №101475335 (А) - Liquid accelerator for sprayed concrete and preparation thereof).
Добавку получают из следующих компонентов в процентах по весу: (25-70)% сульфата алюминия, (0-8)% фторида металла, (1-10)% аминов, (0,5-7% регулятора pH, (0,01-1)% загустителя, а остальное - вода. Способ получения жидкого ускорителя включает в себя следующие стадии: во-первых, растворение фторида металла в воде, во-вторых, добавление аминов в смесь и нагрев раствора, в-третьих, добавление сульфата алюминия в раствор и, в-четвертых, добавление регулятора pH и загустителя и перемешивание смеси до получения гомогенного жидкого вещества.
Недостатком предлагаемого в прототипе способа является невозможность производства добавки, обладающей стабильностью при длительном хранении при отрицательных и знакопеременных температурах.
Технической задачей предлагаемого изобретения по варианту 1 является создание способа производства комплексной добавки для торкрет-бетона, обладающей высокой стабильностью при хранении при отрицательных и знакопеременных температурах без снижения технической эффективности в технологии торкретирования.
Технической задачей предлагаемого изобретения по варианту 2 является создание способа производства комплексной добавки для торкрет-бетона, обладающей высокой стабильностью при хранении при отрицательных и знакопеременных температурах без снижения технической эффективности в технологии торкретирования.
x
3-x
4
x
3-x
4
Поставленная техническая задача решена в предлагаемом изобретении по варианту 1 тем, что способ получения комплексной добавки для торкрет-бетона включает предварительный нагрев воды до температуры 60-110°C, последовательное растворение в ней сульфата алюминия, диэтаноламина, фтористоводородной кислоты и соединений общей формулы NaHPO, где х=0÷1,5. Затем осуществляют перемешивание до полного растворения, после чего вводят алюминат натрия до получения состава (масс.%): сульфат алюминия 25-35; диэтаноламин 3-10; алюминат натрия 3-8; фтористоводородная кислота 2-10; соединения общей формулы NaHPO 1-5; остальное - вода.
Поставленная техническая задача решена в предлагаемом изобретении по варианту 2 тем, что способ получения комплексной добавки для торкрет-бетона включает предварительный нагрев воды до температуры 60-110°C, последовательное растворение в ней сульфата алюминия, диэтаноламина и алюмината натрия, перемешивание до полного растворения, после чего вводят смесь оксида магния и муравьиной кислоты до получения состава (масс.%): сульфат алюминия 35-50; диэтаноламин 0,2-0,5; алюминат натрия 3-6; оксид магния 1-3, муравьиная кислота 2,5-7,5; остальное - вода.
Получение технического результата изобретения возможно только в случае осуществления предлагаемого в изобретении способа получения добавки для торкрет-бетона по варианту 1 или 2.
x
3-x
4
Вариант 1. При получении добавки используют раздельно вводимый двухкомпонентный стабилизатор, включающий основной и кислотный компоненты. Предварительно нагревают воду до 60-110°C воду, а затем в нее последовательно добавляют сульфат алюминия, диэтаноламин и фтористоводородную кислоту и кислотный компонент стабилизатора - соединения общей формулы NaHPO. Смесь перемешивают до полного растворения и усреднения всех компонентов и далее вводят основной компонент стабилизатора - алюминат натрия до получения добавки состава (масс.%): сульфат алюминия 25-35; диэтаноламин 3-10; алюминат натрия 3-8; фтористоводородная кислота 2-10; производные фосфорной кислоты 1-5; остальное - вода.
Вариант 2. При получении добавки используют раздельно вводимый двухкомпонентный стабилизатор, включающий основной и кислотный компоненты. Предварительно нагревают воду до 60-110°C. Последовательно растворяют в ней сульфат алюминия, диэтаноламин и основной компонент стабилизатора - алюминат натрия. Смесь перемешивают до полного растворения и усреднения всех компонентов и далее вводят оксид магния и кислотный компонент стабилизатора - муравьиную кислоту до получения добавки состава (масс.%): сульфат алюминия 35-50; диэтаноламин 0,2-0,5; алюминат натрия 3-6; оксид магния 1-3, муравьиная кислота 2,5-7,5; остальное - вода.
При этом заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки по вариантам 1 и 2 установлен экспериментально и является оптимальным для получения предложенным способом комплексной добавки с требуемыми свойствами, т.е. обеспечивающей стабильность при хранении добавки при отрицательных и знакопеременных температурах и не ухудшающей при ее применении технические характеристики бетона. Совместное применение указанных компонентов в составе комплексной добавки при предложенном соотношении компонентов приводит к проявлению синергетического эффекта по условиям хранения. Полученная добавка обладает хорошей стабильностью при хранении, выдерживает более 10 циклов замораживания-оттаивания, при этом имеет температуру кристаллизации ниже -25°C. Полученная добавка обеспечивает высокую прочность бетона на сжатие.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1
2
4
Процесс производства добавки проводят в 2-х реакторах, обладающих повышенными антикоррозионными свойствами. На первой стадии в первый реактор загружают воду (48 масс. ч.), нагревают до температуры 90-95°C и последовательно вводят диэтаноламин (8 масс. ч.), сульфат алюминия (30 масс. ч.), фтористоводородную кислоту (7 масс. ч.) и производное фосфорной кислоты NaHPO (3 масс. ч). Перемешивают мешалкой до полного растворения не менее 60 мин. Затем полученный раствор направляют на вторую стадию во второй реактор, куда добавляют основной компонент стабилизатора - алюминат натрия (4 масс. ч). Массу перемешивают до полного усреднения и осветления, поддерживая температуру 90°C. Получают добавку по варианту 1.
Пример 2
Процесс производства добавки проводят в 2-х реакторах, обладающих повышенными антикоррозионными свойствами. На первой стадии в первый реактор загружают воду (49,7 масс. ч.), нагревают до температуры 80-85°C и последовательно вводят диэтаноламин (0,3 масс. ч.), сульфат алюминия (40 масс. ч.) и основный компонент стабилизатора - алюминат натрия (4 масс. ч.). Перемешивают мешалкой до полного растворения не менее 50 мин. Затем полученный раствор направляют на вторую стадию во второй реактор, в который добавляют смесь оксида магния (1 масс. ч.) и кислотного компонента стабилизатора - муравьиной кислоты (5 масс. ч.). Массу перемешивают до полного усреднения и осветления, поддерживая температуру 75-80°C. Получают добавку по варианту 2.
Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты реализации предлагаемого способа производства комплексной добавки для торкрет-бетона, но помогают нагляднее продемонстрировать его преимущества.
В таблице 1 представлены данные по реализации предложенного способа.
Они наглядно демонстрируют, что добавки, полученные предложенным в изобретении способом, обладают более низкой температурой кристаллизации и выдерживают вдвое большее количество циклов замораживания-оттаивания по сравнению с добавкой, произведенной по способу-прототипу.
3
Для оценки технической эффективности комплексных добавок, полученных предлагаемым в изобретении способом, по сравнению с прототипом проводили испытания на бетонной смеси состава (кг/м): цемент - 475, песок - 930, щебень - 730. Добавка дозировалась по товарному веществу. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180. В экспериментах использовали портландцемент ПЦ 500 Д0 Вольского цементного завода; для пластификации бетонной смеси вводили 0,45% Полипласт СП-1. Результаты испытаний представлены в таблице 2. Анализ полученных результатов показал, что применение добавки, произведенной способом по изобретению, позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики бетона как на ранних стадиях, так и в зрелом возрасте. Так, прочность бетона через 3 часа при применении добавки, произведенной способом по изобретению, возрастает в 2,3-2,5 раза по сравнению с вариантом применения добавки, произведенной способом-прототипом. В дальнейшем различие в прочностных характеристиках уменьшается, в возрасте 1 суток составляет 44÷56%, а в возрасте 28 суток оно составляет 20÷21%.
Таким образом, предлагаемый в изобретении способ производства комплексной добавки для торкрет-бетона по вариантам 1 и 2 позволяет увеличить стабильность при хранении добавки при отрицательных и знакопеременных температурах и при этом не ухудшает ее эффективность при применении в технологии торкрет-бетона.