СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ТОРКЕТ-БЕТОНА ( ВАРИАНТЫ)

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.

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 Na_xH_3-xPO₄, 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 Na_xH_3-xPO₄ 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.

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 Na_xH_3-xPO₄. 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

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 NaH₂PO₄ (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.

Для оценки технической эффективности комплексных добавок, полученных предлагаемым в изобретении способом, по сравнению с прототипом проводили испытания на бетонной смеси состава (кг/м³): 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.