СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАНОМОДИФИКАТОРА ИЗ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при приготовлении бетонных смесей, содержащих наномодификатор из минеральных отходов промышленности, для строительных изделий и конструкций.

Известен способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающийся в смешивании пластификатора и минерального наполнителя - гидроксида натрия и сульфата натрия в режиме встречных потоков. Задачей является улучшение показателя стабильности свойств комплексной добавки при хранении и ускорении набора прочности при твердении бетонных смесей и строительных растворов (Патент РФ на изобретение №2376268 МПК С04В 40/00, С04В 28/00 от 05.05.2008).

Наиболее близким к заявляемому является способ приготовления порошкообразной комплексной добавки для бетонной смеси, включающей перемешивание в течение 10-15 мин в смесителе циклического действия пластификатора и минерального носителя из цемента, микрокремнезема и цеолита с последующим их помолом до удельной поверхности 450-500 м²/кг в аэродинамическом активаторе дезинтеграторного типа при скорости вращения 3000-6000 об/мин. Задачей является снижение расхода цемента за счет повышения активности добавки при сохранении прочностных характеристик бетона (Патент РФ на изобретение №2298535, МПК С04В 22/00, С04В 24/24 от 18.11.2005).

Данные изобретения не отвечают технической задачи получения комплексной добавки, так как использованные дезинтеграторы не обеспечивают получение добавки, содержащей необходимое количество частиц размером менее 100 нм.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение наномодификаторов путем использования активаторов нового поколения, способных осуществлять наномодификацию материалов на основе многотоннажных минеральных отходов промышленности с содержанием наночастиц в количестве 5-7% по массе.

Технический результат - повышение прочности бетона с наномодификатором, полученным в соответствии с изобретением.

Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления порошкообразного наномодификатора для бетонной смеси, включающем перемешивание в смесителе циклического действия пластификатора и минерального компонента с последующим их помолом активаторе, в качестве пластификатора используется гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов, в качестве минерального компонента - смесь отсева дробления бетонного лома и микрокремнезема в соотношении 3:1 по массе, а при приготовлении наномодификатора пластификатор и минеральный компонент в количествах соответственно 2-3 мас.% и 97-98 мас.% перемешивают в смесителе циклического действия в течение 1-2 мин, а помол осуществляют в промышленном активаторе с вертикальной рабочей камерой серии АКРК до получения порошкообразного наномодификатора с размером наночастиц менее 100 нм в количестве 5-7 мас.%, пылевидных частиц с размером от 100 нм до 100 мкм 20-25% и частиц с размером от 100 до 300 мкм остальное.

Экспериментально было установлено, что удельная поверхность наполнителей должна быть на 70-140 кг/м³ больше удельной поверхности цемента. Получение из многотоннажных отходов промышленности таких наномодификаторов возможно только при использовании активаторов нового поколения, способных осуществлять наномодификацию материалов, при этом отличаться высокой производительностью и низкими энергозаратами. С этой целью был выбран активатор серии АКРК - активатор с кольцевой рабочей камерой (см. патент на полезную модель №63250. Устройство для активации материалов. 27.05.2007), отличительной особенностью которого является то, что Технической задачей предлагаемого изобретения является получение наномодификаторов путем использования активаторов нового поколения, способных осуществлять наномодификацию материалов на основе многотоннажных минеральных отходов промышленности с содержанием наночастиц в количестве 5-7% по массе.

Технический результат - повышение прочности бетона с наномодификатором, полученным в соответствии с изобретением.

Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления порошкообразного наномодификатора для бетонной смеси, включающем перемешивание в смесителе циклического действия пластификатора и минерального компонента с последующим их помолом активаторе, в качестве пластификатора используется гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов, в качестве минерального компонента - смесь отсева дробления бетонного лома и микрокремнезема в соотношении 3:1 по массе, а при приготовлении наномодификатора пластификатор и минеральный компонент в количествах соответственно 2-3 мас.% и 97-98 мас.% перемешивают в смесителе циклического действия в течение 1-2 мин, а помол осуществляют в промышленном активаторе с вертикальной рабочей камерой серии АКРК до получения порошкообразного наномодификатора с размером наночастиц менее 100 нм в количестве 5-7 мас.%, пылевидных частиц с размером от 100 нм до 100 мкм 20-25% и частиц с размером от 100 до 300 мкм остальное.

Экспериментально было установлено, что удельная поверхность наполнителей должна быть на 70-140 кг/м³ больше удельной поверхности цемента. Получение из многотоннажных отходов промышленности таких наномодификаторов возможно только при использовании активаторов нового поколения, способных осуществлять наномодификацию материалов, при этом отличаться высокой производительностью и низкими энергозаратами. С этой целью был выбран активатор серии АКРК - активатор с кольцевой рабочей камерой (см. патент на полезную модель №63250. Устройство для активации материалов. 27.05.2007), отличительной особенностью которого является то, что частицы, находящиеся в вихревом потоке, подвергаются соударениям при скорости около 80 м/с. Частицы в результате такой обработки переходят из нормального в возбужденное состояние и становятся активными центрами гидратации цемента. Таким образом, механохимическая активация отходов в активаторах серии АКРК ведет к полидисперсному увеличению удельной поверхности отходов, изменению структуры частиц на поверхности, образованию дополнительных дефектов в решетках минералов, которые ускоряют элементарные взаимодействия поверхностного слоя частиц, повышают их однородность и химическую активность. При анализе измельченного продукта методом лазерной гранулометрии было установлено, что в получаемом порошкообразном полифракциональном наномодификаторе содержатся наночастицы размером менее 100 нм 5-7%, пылевидных частиц с размером от 100 нм до 100 мкм 20-25%, частиц с размером от 100 до 300 мкм остальное.

В качестве интенсификаторов помола использованы гиперпластификаторы - поликарбоксилаты.

В качестве минерального компонента использованы многотоннажные отходы: смесь отсева дробления бетонного лома и микрокремнезема в соотношении 3:1.

Испытание полученного наномодификатора (73,5 мас.% - отсев дробления бетонного лома и 24,5 мас.% микрокремнезема, 2 мас.% гиперпластификатора), подвергнутого механохимической активации в активаторе типа АКРК, было проведено на бетонах из следующих материалов: портландцемент марки М500ДО, кварцевый песок с модулем крупности 2,5, средней плотностью 2,63 г/см³ и водопотребностью 7%, гранитный щебень фракции 5-20 мм, со средней плотностью 2.6 г/см³ и водопотребностью 3%. Пластификатор и минеральный компонент перемешивали в смесителе циклического действия в течение 2 минут, а помол осуществляли в активаторе АКРК до получения наночастиц размером менее 100 нм 5-7%, пылевидных частиц с размером от 100 нм до 100 мкм 20-25%, частиц с размером от 100 до 300 мкм остальное.

Бетонные смеси приготовлялись в лабораторной бетономешалке принудительного действия. Изготовляли образцы размером 10×10×10 см, которые хранились 28 суток в нормальных условиях.

Были исследованы два состава бетона со следующим расходом материалов в кг/м³:

состав 1 (контрольный) цемент - 600, вода - 130, щебень - 711, песок - 1067, гиперпластификатор - 1,7% от массы цемента. Подвижность бетонной смеси составила 6-8 см осадки конуса, кубиковая прочность - 80 МПа,

состав 2 (по изобретению) цемент - 600, вода - 160, наномодификатор - 120, щебень - 780, песок 810. Подвижность бетонной смеси составила 10-12 см осадки конуса, кубиковая прочность - 97 МПа, плотность бетона 2459 кг/см³.

Повышение прочности бетонов с наномодификатором обусловлено более плотной структурой цементного камня и дополнительным количеством новообразований типа гидросиликатов-, гидроалюминатов- и гидрокарбоалюминатов кальция.