RU2257294C1 - Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method - Google Patents
Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257294C1 RU2257294C1 RU2003136027/03A RU2003136027A RU2257294C1 RU 2257294 C1 RU2257294 C1 RU 2257294C1 RU 2003136027/03 A RU2003136027/03 A RU 2003136027/03A RU 2003136027 A RU2003136027 A RU 2003136027A RU 2257294 C1 RU2257294 C1 RU 2257294C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- water
- suspension
- specified
- cavitation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к способам получения цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе - цементного камня, строительного раствора и бетонов, а также к устройствам для их осуществления.The invention relates to the field of building materials and products, and in particular to methods for producing a cement-water suspension and products based on it - cement stone, mortar and concrete, as well as devices for their implementation.
Из уровня техники известен ряд способов получения цементо-водной суспензии с активацией содержащегося в ней цемента [1]. Активированная цементо-водная суспензия применяется в течение XX в. и в настоящее время как в качестве готового продукта, подлежащего быстрому использованию - до начала ее схватывания, а именно - в качестве материала для инъекций в геотехнике с целью укрепления грунтов, усиления оснований и фундаментов, в качестве основного материала для буроинъекционных свай, для ремонтных и восстановительных работ в тоннельном, дорожном, аэродромном, оборонном строительстве, для инъецирования каналов с напрягаемой металлической арматурой в железобетонных конструкциях, особенно длинномерных, в других областях строительства, так и в качестве промежуточного продукта с последующим введением в активированную суспензию наполнителей и заполнителей посредством дополнительного перемешивания с получением строительных растворов и бетонов как в монолитном, так и в сборном строительстве.A number of methods are known from the prior art for producing a cement-water suspension with activation of the cement contained therein [1]. Activated cement-water suspension is used during the XX century. and nowadays, as a finished product that needs to be used quickly - before it starts to set, namely, as an injection material in geotechnics with the aim of strengthening soils, strengthening foundations and foundations, as the main material for injection piles, for repair and reconstruction works in tunnel, road, airfield, defense construction, for injection of channels with prestressed metal fittings in reinforced concrete structures, especially long ones, in other areas stva and as an intermediate product, followed by introduction of the activated suspension of fillers and aggregates by further mixing to obtain mortars and concretes in monolithic or precast construction.
Аналогом изобретения по технической сущности является способ получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе - строительного раствора и бетонов, включающий физико-механическую активацию цемента посредством его мокрого домола [2]. Способ обеспечивает прирост прочности указанных материалов, по данным авторов, на 15-20% по сравнению с обычным перемешиванием цемента и воды согласно [1], однако нетехнологичен: очистка мельницы, в которой проводят мокрый домол цемента, занимает не менее 1 ч в 8-часовой смене, использование удаляемых отходов затруднительно, а получаемая суспензия не может храниться более 1 ч - загустевает и может схватываться до укладки в формы или опалубку [3]. Способ пригоден преимущественно при изготовлении крупноразмерных конструкций типа пролетных строений мостов с длительным временем бетонирования.An analogue of the invention in technical essence is a method for producing a cement-water suspension and materials based on it - mortar and concrete, including physico-mechanical activation of cement by means of its wet milling [2]. The method provides an increase in the strength of these materials, according to the authors, by 15-20% compared with the usual mixing of cement and water according to [1], but it is not technologically advanced: it takes at least 1 hour to clean a mill in which wet cement grinding is carried out. hourly shift, the use of disposable waste is difficult, and the resulting suspension cannot be stored for more than 1 hour - it thickens and can be set before being placed into molds or formwork [3]. The method is suitable mainly for the manufacture of large-sized structures such as bridge spans with a long concreting time.
Более компактным является способ получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе, включающий активацию цемента посредством домола в вибрационной мельнице. Начиная с пионерской работы [4], такой способ широко применялся в СССР в 50-е - 60-е годы [5-7]. Способ обеспечивает следующие преимущества [8, 9]: а) активацию поверхности частиц клинкерного компонента цемента, на которой возникают новые активные центры, что повышает вяжущие свойства цемента и позволяет либо увеличить прочность затвердевшей цементо-водной суспензии, то есть цементного камня и других материалов на ее основе, в том числе строительного раствора и бетона, либо снизить расход цемента в указанных материалах равной прочности и повысить долю заполнителей (заполнителеемкость цемента); б) устранение воздушных оболочек на частицах цемента, возникающих при пневмотранспорте цемента по трубопроводам на цементном заводе из мельниц в силоса, а из последних - в вагоны, а также при аэрации силосов во время хранения цемента; указанные оболочки затрудняют доступ воды к частицам цемента и распределение последней по их поверхности; в) активацию взаимодействия частиц гипсового камня, содержащегося в цементе, с водой, что повышает скорость твердения и прочность затвердевшей цементо-водной суспензии, цементного камня, строительного раствора и бетона [9]. Однако вибродомол цемента оказался работоспособным лишь при малой производительности (по выходу цементо-водной суспензии - до 3 м3/ч) [8] и не мог быть использован в мощных технологических линиях по производству как монолитного, так и сборного бетона и железобетона. Многим исследователям это было ясно с самого начала, поэтому вибрационное активирование цементо-водной суспензии развивалось параллельно с невибрационными технологическими приемами активации цемента в ее составе.More compact is the method of producing a cement-water slurry and materials based on it, including the activation of cement by means of a grinder in a vibratory mill. Starting from the pioneering work [4], this method was widely used in the USSR in the 50s and 60s [5-7]. The method provides the following advantages [8, 9]: a) activation of the particle surface of the clinker component of cement, on which new active centers appear, which increases the cementitious properties of the cement and allows either to increase the strength of the hardened cement-water suspension, that is, cement stone and other materials its basis, including mortar and concrete, or reduce cement consumption in these materials of equal strength and increase the proportion of aggregates (aggregate cement); b) elimination of air shells on cement particles arising from the pneumatic conveying of cement through pipelines at a cement plant from mills to silos, and from the latter into wagons, as well as during aeration of silos during cement storage; these shells impede water access to cement particles and the distribution of the latter over their surface; c) activation of the interaction of gypsum stone particles contained in cement with water, which increases the hardening rate and strength of hardened cement-water slurry, cement stone, mortar and concrete [9]. However, the cement vibration breaker turned out to be operational only at low productivity (up to 3 m 3 / h in cement-water suspension output) [8] and could not be used in powerful technological lines for the production of both monolithic and precast concrete and reinforced concrete. This was clear to many researchers from the very beginning, so the vibrational activation of the cement-water suspension developed in parallel with the non-vibrational technological methods of cement activation in its composition.
Так, известны другие аналоги изобретения, в которых указанную активацию цемента в упомянутой суспензии осуществляют в поле центробежных сил [10-12], обеспечивая, по мнению авторов, те же преимущества, что и вибродомол, но при технологически более надежных активаторах. При этом производительность технологической линии может быть значительно выше - до 10 м3/ч. Однако соответствующие смесители - “вихревой гидратор” [10], центробежный активатор [11] и скоростной турбулентный активатор [12] после длительной проверки в производственных условиях были признаны недостаточно долговечными и непригодными для условий непрерывной работы, прежде всего вследствие: а) невозможности приготовления цементо-водных суспензий с низкими значениями В/Ц (0,2-0,25), для которых они первоначально предназначались, поскольку было показано, что при быстром перемешивании суспензий с низкими значениями В/Ц в указанном поле возникают разрывы сплошности и снижается однородность материала [13]; б) в связи с быстрым зарастанием смесительных устройств твердеющими гидратными новообразованиями, очистка от которых является весьма трудоемкой; качество получаемых материалов в таких условиях оказалось подверженным значительным колебаниям [14]. В работе [13] сделан вывод, что по указанным причинам активацию в поле центробежных сил необходимо совмещать с вибрационной обработкой для снижения вязкости и предельного напряжения сдвига цементо-водной суспензии.So, other analogues of the invention are known in which the specified activation of cement in the suspension is carried out in the field of centrifugal forces [10-12], providing, according to the authors, the same advantages as a vibrodomol, but with technologically more reliable activators. Moreover, the productivity of the processing line can be significantly higher - up to 10 m 3 / h. However, the corresponding mixers - “vortex hydrator” [10], centrifugal activator [11] and high-speed turbulent activator [12] after a long check in the production environment were considered insufficiently durable and unsuitable for continuous operation, primarily due to: a) the inability to prepare cement -water suspensions with low W / C values (0.2-0.25), for which they were originally intended, since it was shown that with rapid mixing of suspensions with low W / C values in the specified field cabins discontinuities and reduces the uniformity of the material [13]; b) in connection with the rapid overgrowth of mixing devices by hardening hydrated neoplasms, the cleaning of which is very time-consuming; the quality of the materials obtained under such conditions turned out to be subject to significant fluctuations [14]. In [13], it was concluded that for these reasons, the activation of centrifugal forces in the field must be combined with vibration treatment to reduce the viscosity and ultimate shear stress of the cement-water suspension.
Следующим шагом в этой связи стал способ получения цементо-водной суспензии, включающий так называемую “виброактивацию цементного теста”, представляющую собой перемешивание цемента с водой при значении В/Ц, соответствующем примерно 0,8 от величины В/Ц при нормальной густоте цементного теста, с обработкой полученного цементного теста глубинным вибратором в течение 3-10 минут, а после достигаемого тиксотропного разжижения указанного теста посредством повторного перемешивания - с введением мелкого заполнителя, в частности, при дополнительной активации [15]. Для осуществления последней в Азербайджанском политехническом институте была предложена перекачка гомогенизируемой суспензии цемента и песка с водой с ударом о преграду после специального центробежного насоса [16]. Несмотря на значительный прирост качества цементного раствора, достигнутый при активации перемешивания по способу [15, 16] в дополнительных смесителях, известно мнение [13, 14] о малой надежности двухаппаратного перемешивания по способу [15, 16] ввиду повышения трудоемкости операций чистки двух аппаратов взамен одного и о целесообразности объединения операций перемешивания и вибрирования в одном аппарате.The next step in this regard was a method for producing a cement-water slurry, including the so-called “vibration activation of cement paste”, which is mixing cement with water at a W / C value corresponding to approximately 0.8 of the W / C value with normal density of the cement paste, processing the obtained cement paste with a deep vibrator for 3-10 minutes, and after the achieved thixotropic liquefaction of the specified paste by re-mixing, with the introduction of fine aggregate, in particular with an additional hydrochloric activation [15]. To implement the latter, the Azerbaijan Polytechnic Institute has proposed pumping a homogenized suspension of cement and sand with water with an impact on the barrier after a special centrifugal pump [16]. Despite the significant increase in the quality of the cement mortar achieved by activating the mixing according to the method [15, 16] in additional mixers, the opinion [13, 14] is known about the low reliability of two-unit mixing according to the method [15, 16] due to the increased laboriousness of the cleaning operations of the two devices instead one and the advisability of combining the operations of mixing and vibrating in one apparatus.
Действительно, такие способы и соответствующие им аппараты, а именно вибрационные смесители, в которых указанную активацию цементо-водной суспензии осуществляют в поле центробежных сил, совмещенном с вибрацией, были разработаны [17-20], а соответствующие им устройства оказались менее подвержены загрязнению и зарастанию. В них упомянутый “цементный гель” благодаря вибрированию, тиксотропно разжижаясь, окружает кристаллические гидратные новообразования и, по мнению авторов, не позволяет указанным новообразованиям необратимо заращивать смесительные емкости [19, 20]. Указанному разжижению и снижению скорости зарастания смесительных емкостей содействуют добавки поверхностно-активных веществ, в частности, распространенные в то время технические лигносульфонаты в форме сульфитно-спиртовой барды, которые дополнительно “пептизируют” (придают субмикроскопические размеры) [13, 21] основным элементам субмикроструктуры цементного камня - гидросульфоалюминатам кальция (волокнам), гидросиликатам кальция (гелю при основности C/S менее 1,5 и субмикрокристаллическим волокнам при основности C/S 1,5 и более), остаточным гидроалюминатам кальция (микрокристаллам) и свободному гидроксиду кальция, в частности, с примесью кремнезема (микрокристаллам и рентгеноаморфному гелю соответственно) [22] и формируют из указанных гелей матрицу, образующую основу прочности цементного камня, в то время как кристаллическая и волокнистая часть последнего представляет собой островные сростки, определяющие прочность цементного камня только в начальные сроки твердения, когда содержание гелей невелико. Эти сростки способны осуществлять обрастание смесителей либо при ложном схватывании цемента, возникающем при преобладании в его гидратных новообразованиях кристаллов гидроалюминатов или двуводного сульфата кальция, либо в отсутствие активации цемента, поскольку в результате двухступенчатой активации цемента доля гелей в его гидратных новообразованиях в 2-3 раза возрастает по сравнению с гидратацией неактивированного цемента в условиях одноступенчатого перемешивания последнего с водой.Indeed, such methods and their corresponding apparatuses, namely vibration mixers, in which the specified activation of a cement-water suspension is carried out in a centrifugal force field combined with vibration, have been developed [17–20], and the corresponding devices have been less prone to pollution and overgrowing . In them, the aforementioned “cement gel”, due to vibration, thixotropically liquefying, surrounds crystalline hydrate neoplasms and, according to the authors, does not allow these neoplasms to irreversibly overrun mixing containers [19, 20]. Additives of surface-active substances, in particular, technical lignosulfonates at that time in the form of sulfite-alcohol stillage, which additionally “peptize” (impart submicroscopic sizes) [13, 21] to the main elements of the cement submicrostructure, contribute to the indicated dilution and decrease in the overgrowth of mixing containers stone - calcium hydrosulfoaluminates (fibers), calcium hydrosilicates (gel with a C / S basicity of less than 1.5 and submicrocrystalline fibers with a C / S basicity of 1.5 or more), residual calcium hydroaluminates (microcrystals) and free calcium hydroxide, in particular, with an admixture of silica (microcrystals and X-ray amorphous gel, respectively) [22] and form from these gels a matrix that forms the basis of the strength of the cement stone, while the crystalline and fibrous part of the latter represents island intergrowths, which determine the strength of cement stone only in the initial stages of hardening, when the gel content is low. These intergrowths are capable of fouling the mixers either during false setting of cement, which occurs when hydroaluminates or dicalcium sulfate crystals predominate in its hydrate neoplasms, or in the absence of cement activation, since the proportion of gels in its hydrated neoplasms increases by a factor of 2–3 in comparison with the hydration of non-activated cement in conditions of single-stage mixing of the latter with water.
Наиболее близким к изобретению является способ получения цементо-водной суспензии, а также затвердевших продуктов на ее основе - цементного камня, строительного раствора и бетонов, включающий перемешивание гидравлического вяжущего вещества, преимущественно цемента с водой или наполнителем и водой с физико-механической активацией цемента в составе получаемой в смесителе цементоводной суспензии, в котором указанную активацию цемента осуществляют в поле центробежных сил, совмещенном с вибрацией, а именно перемешивают цемент с водой или цемент с водой и частью наполнителя (молотого песка) при В/Ц в пределах 0,25-0,4, совмещая перемешивание с вибрацией получаемой суспензии с частотой колебаний в пределах 100-230 с-1 при амплитуде последних соответственно в пределах 0,5-0,3 мм, добавляя при необходимости уже в отсутствие вибрации по крайней мере остальную часть наполнителя, а иногда - заполнитель [23]. При этом рекомендуется использовать тонкомолотый или домолотый цемент, в частности, с удельной поверхностью 500 м2/кг и более. Этот способ позволяет повысить прочность продуктов, получаемых на основе указанной суспензии, а именно цементного камня, строительного раствора и бетона на его основе по сравнению с одноступенчатым перемешиванием, известным из уровня техники, примерно на 10-15 МПа при прочих равных условиях [13, 24], в частности, без повышения расхода цемента в растворах и бетонах. Этот способ, как и его предшественники, не получил широкого промышленного использования в связи со сложностью конструкции и невозможностью длительной безаварийной эксплуатации смесительного устройства с вибрирующими лопастями. Если же вибрированию подвергается только корпус смесителя [21], то эффективность способа снижается по меньшей мере вдвое, а слабым местом становится сочленение корпуса с приводным валом и закрепленными на нем лопастями.Closest to the invention is a method for producing a cement-water slurry, as well as hardened products based on it - cement stone, mortar and concrete, including mixing a hydraulic binder, mainly cement with water or filler and water with physico-mechanical activation of cement in the composition obtained in the mixer cement-cement slurry, in which the specified activation of the cement is carried out in a centrifugal force field combined with vibration, namely, mix the cement with water or cement with water and part of the filler (ground sand) at W / C in the range of 0.25-0.4, combining mixing with the vibration of the resulting suspension with an oscillation frequency in the range of 100-230 s -1 with an amplitude of the latter, respectively, in the range of 0.5 -0.3 mm, adding, if necessary, even in the absence of vibration, at least the rest of the filler, and sometimes the filler [23]. It is recommended to use finely ground or ground cement, in particular, with a specific surface of 500 m 2 / kg or more. This method allows to increase the strength of products obtained on the basis of the specified suspension, namely cement stone, mortar and concrete based on it in comparison with single-stage mixing, known from the prior art, by about 10-15 MPa, ceteris paribus [13, 24 ], in particular, without increasing the consumption of cement in mortars and concrete. This method, like its predecessors, did not receive wide industrial use due to the complexity of the design and the impossibility of long trouble-free operation of the mixing device with vibrating blades. If only the mixer body is subjected to vibration [21], then the efficiency of the method is reduced by at least half, and the weak point is the articulation of the body with the drive shaft and blades attached to it.
Основным общим недостатком всех известных способов получения цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе - цементного камня в широком смысле (затвердевших инъекционных растворов и пр.), а также строительного раствора и бетонов, включающих вибрационную обработку непосредственно при перемешивании указанной суспензии, является отсутствие статистического усреднения распределения воды по раличным фракциям цемента. Дело в том, что гранулометрический состав цемента неоднороден: при среднем размере частиц цемента 12-15 мкм в нем содержится (в мас.%) от 2 до 15 фракций частиц крупнее 80 мкм и от 3 до 35 фракций частиц менее 5 мкм [24]. При этом мелкие фракции цемента содержат больше алюминатов кальция и гипса по сравнению с остальными, образуют в этой связи при затворении водой и последующем твердении значительно более многоводные гидраты и вследствие высокой удельной поверхности существенно быстрее взаимодействуют с водой. В то же время все известные способы приготовления цементо-водной суспензии не только не обеспечивают равномерность распределения воды между фракциями цемента в соответствии с их удельной поверхностью, но, напротив, формируют структуру суспензии, при которой частицам крупной фракции соответствуют крупные поры с повышенным содержанием в них воды, как это прямыми измерениями показали Шестоперов, Любимова и Феднер [25]. Последняя, оставаясь свободной, в затвердевшем цементном камне формирует систему капилляров, являющихся концентраторами напряжений от внешней нагрузки, снижающих прочностные показатели. Кроме того, по системе таких капилляров происходит диффузия извне коррозионных агентов окружающей среды [26]. Таким образом, неравномерность распределения воды между фракциями цемента в цементо-водной суспензии вызывает снижение уровня всего комплекса строительно-технических свойств цементного камня и других продуктов на ее основе.The main common drawback of all known methods for producing a cement-water suspension and products based on it - cement stone in the broad sense (hardened injection mortars, etc.), as well as mortar and concrete, including vibration processing directly with stirring of the suspension, is the lack of statistical averaging the distribution of water over various fractions of cement. The fact is that the granulometric composition of cement is heterogeneous: with an average cement particle size of 12-15 microns, it contains (in wt.%) From 2 to 15 particle fractions larger than 80 microns and from 3 to 35 particle fractions less than 5 microns [24] . At the same time, the fine fractions of cement contain more calcium and gypsum aluminates compared to the rest, and in this connection, when mixed with water and subsequent hardening, they form much more hydrated hydrates and, due to the high specific surface, interact much faster with water. At the same time, all known methods for preparing a cement-water suspension not only do not ensure uniform distribution of water between the cement fractions in accordance with their specific surface, but, on the contrary, form a suspension structure in which large pores with a high content correspond to particles of a large fraction water, as shown by direct measurements, Shestoperov, Lyubimova and Fedner [25]. The latter, remaining free, in the hardened cement stone forms a system of capillaries, which are stress concentrators from external loads, which reduce strength characteristics. In addition, diffusion from the outside of environmental corrosive agents occurs in a system of such capillaries [26]. Thus, the uneven distribution of water between the fractions of cement in a cement-water suspension causes a decrease in the level of the whole complex of construction and technical properties of cement stone and other products based on it.
Другими общими недостатками всех способов получения цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе - цементного камня в широком смысле (затвердевших инъекционных растворов и пр.), а также строительного раствора и бетонов, включающих вибрационную обработку непосредственно при перемешивании указанной суспензии, является нестабильность работы соответствующего оборудования [27] и подверженность технического персонала, обслуживающего это оборудование, виброболезни [28], причем опасность последней возрастает с повышением частоты вибрации. При этом, как показала практика использования способов [17-23, 27], главной технологической причиной отсутствия их широкого внедрения, помимо механических недостатков, является все же зарастание смесительных устройств при приготовлении цементо-водной суспензии продуктами гидратации цемента ввиду наличия в их рабочих камерах невибрируемых зон и соприкасающихся с ними зарастающих участков внутренней поверхности их корпусов.Other common drawbacks of all methods of producing a cement-water suspension and products based on it - cement stone in the broad sense (hardened injection mortars, etc.), as well as mortar and concrete, including vibration processing directly when mixing this suspension, is the instability of the corresponding equipment [27] and the exposure of the technical personnel serving this equipment to vibration diseases [28], and the danger of the latter increases with increasing frequency of vibration . Moreover, as the practice of using the methods [17-23, 27] has shown, the main technological reason for the lack of their widespread introduction, in addition to mechanical imperfections, is nevertheless overgrowing of mixing devices during the preparation of a cement-water suspension by cement hydration products due to the fact that their working chambers are not vibrated zones and adjacent overgrowing sections of the inner surface of their buildings.
Задачей изобретения в части способа получения цементо-водной суспензии, а также указанных материалов на ее основе является обеспечение активации частиц цемента в условиях статистически равномерного распределения воды в суспензии по поверхности фракций цемента, при котором поверхности как крупных, так средних и мелких частиц цемента адсорбируют ровно столько воды, сколько могут удержать при перемешивании. Это положение можно назвать условием Шестоперова, которое он пытался сформулировать в указанной работе [25], но не имел возможности реализовать. Оно гарантирует значительное повышение однородности и качества как указанной суспензии, так и указанных материалов на ее основе. При этом достигается существенное повышение технологичности способа, а также ресурса работы оборудования по сравнению с уровнем техники.The objective of the invention in terms of a method for producing a cement-water suspension, as well as these materials based on it, is to ensure the activation of cement particles in a statistically uniform distribution of water in the suspension over the surface of the cement fractions, in which the surfaces of both large and medium and small particles of cement adsorb exactly as much water as they can hold with stirring. This position can be called the Shestoperov condition, which he tried to formulate in the indicated paper [25], but could not be realized. It guarantees a significant increase in the uniformity and quality of both the specified suspension and the specified materials based on it. This achieves a significant increase in the manufacturability of the method, as well as the service life of the equipment compared to the prior art.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения цементо-водной суспензии, включающем перемешивание гидравлического вяжущего вещества, преимущественно цемента, с водой или с наполнителем и водой с физико-механической активацией цемента в составе получаемой в смесительном устройстве в поле центробежных сил цементо-водной суспензии, указанную активацию осуществляют с кавитацией, интенсифицируемой поддувом указанной суспензии с ее барботированием сжатым воздухом при регулировании, по крайней мере, в течение части времени перемешивания, значения числа кавитации φ в пределах от 3,8 до 0,6· 10-4, при этом число кавитации определяют по формуле:The problem is solved in that in a method for producing a cement-water suspension, comprising mixing a hydraulic binder, mainly cement, with water or with a filler and water with physico-mechanical activation of cement in the composition obtained in a mixing device in the field of centrifugal forces of a cement-water suspension , the specified activation is carried out with cavitation, intensified by blowing the specified suspension with its sparging with compressed air while regulating, at least for part of the time mixing, the number of cavitation numbers φ in the range from 3.8 to 0.6 · 10 -4 , while the number of cavitation is determined by the formula:
где k1 - коэффициент потери напора смесительного устройства при кавитации, равный 0,55-0,8;where k 1 - coefficient of pressure loss of the mixing device during cavitation, equal to 0.55-0.8;
Δ Н - разность гидравлического напора смесительного устройства и давления насыщенного водяного пара в кавернах при 20° С, равного 0,03 МПа, характеризующая кавитационное поле и выбираемая в пределах 0,25-1,2 МПа;Δ N is the difference in the hydraulic pressure of the mixing device and the pressure of saturated water vapor in the caverns at 20 ° C equal to 0.03 MPa, which characterizes the cavitation field and is selected in the range 0.25-1.2 MPa;
k2 - коэффициент потери напора поддуваемого сжатого воздуха, равный в среднем 0,5;k 2 is the pressure loss coefficient of the blown-in compressed air, equal to an average of 0.5;
Δ Р - разность давления поддуваемого сжатого воздуха и давления насыщенного водяного пара в кавернах, выбираемая в пределах 100-250 КПа;Δ P is the pressure difference between the pressurized compressed air and the pressure of saturated water vapor in the caverns, selected in the range of 100-250 KPa;
η - текущая вязкость приготавливаемой цементо-водной суспензии или продуктов на ее основе, поддерживаемая в пределах 16-1770 Па· с, а во время барботирования в пределах 20-130 Па· с;η is the current viscosity of the prepared cement-water suspension or products based on it, maintained in the range of 16-1770 Pa · s, and during bubbling in the range of 20-130 Pa · s;
ρ - текущая плотность указанной цементо-водной суспензии или продуктов на ее основе;ρ is the current density of the specified cement-water suspension or products based on it;
g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2;g is the acceleration of gravity equal to 9.81 m / s 2 ;
π - 3,14;π - 3.14;
R - текущий радиус указанного поля центробежных сил, выбираемый в пределах 0,3-1,2 м;R is the current radius of the specified field of centrifugal forces, selected in the range of 0.3-1.2 m;
n - частота вращения рабочего органа смесительного устройства, выбираемая в пределах 300-6000 об/мин, или 5-100 с-1,n is the frequency of rotation of the working body of the mixing device, selected in the range of 300-6000 rpm, or 5-100 s -1 ,
а указанную активацию суспензии ведут до достижения степени начальной гидратации цемента по критерию прироста потерь при прокаливании от начала затворения суспензии до момента начала ее схватывания не менее 2,5 мас.%.and the specified activation of the suspension is carried out until the degree of initial hydration of the cement is achieved according to the criterion of an increase in losses during calcination from the beginning of mixing of the suspension to the moment of its setting, at least 2.5 wt.%.
В варианте изобретения в качестве указанного цемента используют материал из группы: портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент низкой водопотребности, расширяющийся или безусадочный цемент, указанные цементы на основе промотированных клинкеров, смеси указанных цементов.In an embodiment of the invention, a material from the group of Portland cement, slag Portland cement, sulfate-resistant Portland cement, pozzolanic Portland cement, low water demand cement, expanding or non-shrink cement, these cements based on promoted clinkers, mixtures of these cements are used as the specified cement.
В другом варианте изобретения указанный наполнитель вводят в суспензию в процессе кавитации и/или после его окончания.In another embodiment of the invention, said filler is introduced into the suspension during and after cavitation.
В следующем варианте изобретения в качестве наполнителя используют порошкообразный материал с удельной поверхностью по методу воздухопроницаемости в пределах 200-1500 м2/кг.In a further embodiment of the invention, a powder material with a specific surface according to the method of breathability in the range of 200-1500 m 2 / kg is used as a filler.
В варианте изобретения в качестве указанного порошкообразного материала используют молотые песок или стеклобой или кирпичный бой или золу-унос при мас. соотношении клинкерной части указанного цемента и указанного порошкообразного материала от 1:0,05 до 1:1.In an embodiment of the invention, ground sand or cullet or brick fight or fly ash at wt. the ratio of the clinker part of the specified cement and the specified powdery material from 1: 0.05 to 1: 1.
В другом варианте изобретения в указанную суспензию в процессе кавитации и/или после его окончания дополнительно вводят мелкий заполнитель.In another embodiment of the invention, a fine aggregate is additionally introduced into said suspension during cavitation and / or after its completion.
В следующем варианте изобретения в качестве указанного мелкого заполнителя используют стандартный песок или особо мелкий песок или заиленный песок или барханный песок или их смеси при мас. соотношении указанного цемента и указанного мелкого заполнителя от 1: 0,3 до 1: 4.In a further embodiment of the invention, standard sand or particularly fine sand or silty sand or sand dune, or mixtures thereof, by weight, are used as said fine aggregate. the ratio of the specified cement and the specified fine aggregate from 1: 0.3 to 1: 4.
В варианте изобретения в указанную суспензию в процессе кавитации и/или после его окончания дополнительно вводят товарную сухую смесь гидравлического вяжущего, наполнителя, заполнителя и добавок при мас. соотношении указанного цемента и гидравлического вяжущего в составе указанной сухой смеси от 1:0,1 до 1:15.In an embodiment of the invention, a commodity dry mixture of a hydraulic binder, filler, filler and additives is added to the specified suspension during cavitation and / or after its completion. the ratio of the specified cement and hydraulic binder in the composition of the specified dry mix from 1: 0.1 to 1:15.
В другом варианте изобретения среднюю удельную энергонапряженность поля центробежных сил при приготовлении указанной суспензии с барботированием выбирают в пределах 1,8-25 кДж/м3.In another embodiment of the invention, the average specific energy intensity of the field of centrifugal forces in the preparation of the specified suspension with sparging is selected in the range of 1.8-25 kJ / m 3 .
В следующем варианте изобретения в указанную суспензию в процессе барботирования или по его окончании дополнительно вводят добавки для бетонов из групп: I - пластифицирующие, или водоредуцирующие; II - водоудерживающие, или улучшающие перекачиваемость; III - замедлители схватывания и твердения; IV - ускорители схватывания и твердения; V - кольматирующие поры; VI - газообразующие; VII - воздухововлекающие; VIII - противоморозные; IX - гидрофобизирующие, в концентрациях, составляющих 50-70 мас.% их оптимальных значений, подобранных в условиях свободного доступа атмосферной углекислоты, и/или противоусадочные добавки, неорганической основой которых являются сульфоалюминатный клинкер и/или сульфат алюминия, дополнительно включающие пептизирующий компонент, а именно смесь органических травителя и пленкообразователя, при массовом соотношении неорганической основы и указанных ингредиентов в противоусадочной добавке 100:(0,5-20):(0,3-15) и массовом соотношении портландцементной клинкерной части в цементе и противоусадочной добавки, вводимой в цементоводную суспензию или продукты на ее основе 100: (0,6-3,5).In a further embodiment of the invention, additives for concretes from the groups are additionally added to the specified suspension in the process of bubbling or at the end of it: I — plasticizing, or water-reducing; II - water retention, or improving pumpability; III - retarders setting and hardening; IV - accelerators setting and hardening; V - clogging pores; VI - gas generating; VII - air entraining; VIII - antifreeze; IX - hydrophobic, in concentrations of 50-70 wt.% Their optimal values, selected in the conditions of free access of atmospheric carbon dioxide, and / or anti-shrink additives, the inorganic basis of which are sulfoaluminate clinker and / or aluminum sulfate, additionally including a peptizing component, and namely, a mixture of an organic etchant and a film former, when the mass ratio of the inorganic base and the specified ingredients in the anti-shrink additive 100: (0.5-20) :( 0.3-15) and the mass ratio of Portland cement second portion of clinker in cement and antisettling additives introduced into the suspension or tsementovodnuyu products on its base 100: (0,6-3,5).
В варианте изобретения в качестве пластифицирующих или водоредуцирующих добавок берут полиметиленполинафталинсульфонаты натрия или кальция или лигносульфонаты технические или лигносульфонаты технические модифицированные, в качестве водоудерживающих, или улучшающих перекачиваемость добавок берут метилцеллюлозу или полиоксиэтилен, в качестве замедлителей схватывания и твердения берут мелассу или ортофосфорную кислоту или нитрилотриметиленфосфоновую кислоту, в качестве ускорителей схватывания и твердения берут поташ или хлорид кальция или хлорид натрия или хлорид алюминия или сульфат натрия или тринатрийфосфат или их смеси, в качестве добавок, кольматирующих поры, берут сульфат алюминия, сульфат железа, хлорид железа, в качестве газообразующих добавок берут алюминиевую пудру или пероксид водорода в смеси с оксихлоридом кальция, в качестве воздухововлекающих добавок берут смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую или этилсиликонат натрия, в качестве противоморозных добавок берут нитрит натрия или нитрит-нитрат-хлорид кальция, в качестве гидрофобизирующих добавок берут раствор высокомолекулярных жирных кислот в минеральном масле или полигидросилоксаны, а в качестве противоусадочных добавок берут смесь первой неорганической основы последних - сульфоалюминатного клинкера, включающего не менее 30 мас.% сульфоалюмината кальция, и пептизирующего компонента - композиции травителя и пленкообразователя, а конкретно маннуроновой кислоты и стеарата кальция, или смесь второй неорганической основы противоусадочных добавок - сульфата алюминия и указанного пептизирующего компонента.In an embodiment of the invention, sodium or calcium polymethylene polynaphthalene sulfonates or technical modified lignosulfonates or technical modified lignosulfonates are taken as plasticizing or water-reducing additives, water-retaining or melt-oxidizing agents are used as water retention or improvement of pumpability additives. potash or chloride are used as setting and hardening accelerators calcium or sodium chloride or aluminum chloride or sodium sulfate or trisodium phosphate or mixtures thereof, aluminum sulfate, ferrous sulfate, ferric chloride are taken as additives that clog pores, aluminum powder or hydrogen peroxide mixed with calcium oxychloride are taken as gas-forming additives, as air-entraining additives take saponified wood resin or neutralized air-entraining resin or sodium ethylsiliconate; as antifreeze additives take sodium nitrite or calcium nitrite-nitrate-calcium chloride, as hydrophobic additives, take a solution of high molecular weight fatty acids in mineral oil or polyhydrosiloxanes, and as anti-shrink additives take a mixture of the first inorganic base of the latter - sulfoaluminate clinker, which includes at least 30 wt.% calcium sulfoaluminate, and a peptizing component - the etchant and film former mannuronic acid and calcium stearate, or a mixture of the second inorganic base of anti-shrink additives - aluminum sulfate and the specified peptizing th component.
В другом варианте изобретения указанную суспензию подвергают дополнительному перемешиванию с введением крупного заполнителя или смеси крупного и мелкого заполнителей, а также воды и приготовлением растворной или бетонной смесей, включающих гидратные новообразования цемента, полученные при его указанной предварительной активации, в качестве затравок.In another embodiment of the invention, said suspension is subjected to additional mixing with the introduction of coarse aggregate or a mixture of coarse and fine aggregates, as well as water and preparation of mortar or concrete mixtures, including hydrated neoplasms of cement obtained during said preliminary activation, as seeds.
В следующем варианте изобретения в качестве указанного мелкого и/или крупного заполнителей используют материалы из групп: I - естественного происхождения, включающие силикатные горные породы и/или минералы, в частности, гранит и/или кварц, и/или карбонатные горные породы, в частности, известняк и/или доломит, и/или II - искусственного происхождения, приготовленные из вспученных горных пород, включающих алюмосиликаты, в частности, керамзит или стеклозит или перлит, или из искусственных пористых материалов, в частности пенопорита.In a further embodiment of the invention, materials of the following groups are used as said fine and / or coarse aggregates: I of natural origin, including silicate rocks and / or minerals, in particular granite and / or quartz, and / or carbonate rocks, in particular , limestone and / or dolomite, and / or II, of artificial origin, prepared from expanded rocks, including aluminosilicates, in particular expanded clay or vitreous or perlite, or from artificial porous materials, in particular foam.
Сущность изобретения в части способа получения цементо-водной суспензии заключается в преимуществах интенсифицируемой кавитации перед вибрацией в процессе активации цемента в составе цементо-водной суспензии.The essence of the invention in terms of a method for producing a cement-water suspension is the advantages of intensified cavitation before vibration during the activation of cement in the composition of the cement-water suspension.
Первое из них состоит в том, что вибрационные воздействия по мере увеличения расстояния от рабочего органа гасятся в обрабатываемых материалах пропорционально их вязкости и квадрату объемной доли в них твердой фазы, тогда как интенсифицируемая кавитация равномерно воздействует на весь объем обрабатываемых материалов. Более того, считая, что вибрированию подвергается в каждый заданный момент времени около 10 об. % частиц, а кавитации - около 100 об. % частиц, и полагая, что содержание воды в указанной суспензии превышает 20 об. %, то есть водоцементное отношение (В/Ц) по массе превышает 0,20:3,1=0,065, где 3, 1 - отношение плотностей цемента и воды, на основании первой теоремы стереологии, иначе называемой теоремой Герланда [29], представляется возможным заключить, что вероятность найти воду у поверхности каждой частицы цемента при кавитационной обработке всегда положительна, тогда как при вибрационной обработке она по крайней мере в случаях из 10 является нулевой в каждый данный момент времени. Формулировка теоремы Герланда, принятая в отечественной литературе, такова [30]: “Непрерывно протяженная одномерная фаза (линия), проходящая через весь объем структуры в одном направлении, с вероятностью, отличной от нуля, занимает не менее 1/5 общего объема структуры”. Иными словами, в двухфазной системе, включающей, в частности, твердую и жидкую фазы, где последняя занимает не менее 20% по объему, при случайном распределении фаз по объему структуры вероятность в каждой точке структуры найти обе фазы превышает нуль. Следовательно, принимая, как обычно, см. главы 1 в работах [30], твердые фазы за единую фазу, а жидкость - за вторую фазу, главным условием ненулевой вероятности присутствия обеих фаз в любой точке системы, или, в данном случае, суспензии, является случайный характер распределения воды в системе (более строго - распределение воды в системе по Пуассону). При вибрационной активации суспензии процесс активации, распространяющийся на 10% объема суспензии в каждый данный момент времени, является процессом с предысторией, то есть активация каждой порции суспензии в ее объеме зависит от активации предыдущей, тем самым случайный характер процесса активации не обеспечивается. При кавитации активируется одновременно весь объем указанной суспензии, что гарантирует отсутствие предыстории процесса в каждой точке суспензии (характеристика марковской цепи [31]), при этом условие случайного характера процесса выполняется, тем самым каждая частица цемента обеспечивается адекватным количеством воды. В этом, а именно в выполнении упомянутого условия Шестоперова, состоит причина повышения качества и однородности цементо-водной суспензии, получаемой по способу согласно изобретению. (Известна строгая связь между выполнением условия Пуассона для дефектов структуры и минимальным значением коэффициента вариации технических свойств материала - по Чернявскому [30]).The first of them consists in the fact that, as the distance from the working body increases, the vibration dampers in the materials being processed are proportional to their viscosity and the square of the volume fraction of the solid phase in them, while the intensified cavitation evenly affects the entire volume of the processed materials. Moreover, considering that about 10 vol. % of particles, and cavitation - about 100 vol. % of particles, and assuming that the water content in the specified suspension exceeds 20 vol. %, that is, the water-cement ratio (W / C) by mass exceeds 0.20: 3.1 = 0.065, where 3, 1 is the ratio of the densities of cement and water, based on the first stereology theorem, otherwise called Gerland's theorem [29], it seems it is possible to conclude that the probability of finding water at the surface of each cement particle during cavitation treatment is always positive, while during vibration processing it is at least out of 10 cases is zero at any given time. The formulation of Gerland’s theorem, adopted in Russian literature, is as follows [30]: “A continuously extended one-dimensional phase (line) passing through the entire volume of the structure in one direction, with a probability different from zero, takes at least 1/5 of the total volume of the structure”. In other words, in a two-phase system, including, in particular, solid and liquid phases, where the latter occupies at least 20% by volume, with a random distribution of phases over the volume of the structure, the probability of finding both phases at each point in the structure exceeds zero. Therefore, assuming, as usual, see chapters 1 in [30], solid phases as a single phase and liquid as a second phase, the main condition for the non-zero probability of the presence of both phases at any point in the system, or, in this case, suspension, is the random nature of the distribution of water in the system (more strictly, the distribution of water in the system according to Poisson). In case of vibrational activation of a suspension, the activation process, which extends to 10% of the volume of the suspension at any given time, is a process with a history, that is, the activation of each portion of the suspension in its volume depends on the activation of the previous one, thus the random nature of the activation process is not ensured. During cavitation, the entire volume of the specified suspension is simultaneously activated, which guarantees the absence of a process history at each point of the suspension (Markov chain characteristic [31]), while the condition of the random nature of the process is fulfilled, thereby each cement particle is provided with an adequate amount of water. This, namely, the fulfillment of the aforementioned Shestoperov condition, is the reason for improving the quality and uniformity of the cement-water suspension obtained by the method according to the invention. (A strict connection is known between the fulfillment of the Poisson condition for structural defects and the minimum value of the coefficient of variation of the technical properties of the material — according to Chernyavsky [30]).
Таким образом, активация суспензии по способу согласно изобретению повышает однородность получаемой суспензии и материалов на ее основе - цементного камня, строительного раствора и бетонов и существенно снижает коэффициент вариации их строительно-технических свойств. Кроме того, в данной ситуации отсутствуют необработанные зоны цементо-водной суспензии, которые при вибрировании всегда имеются, и именно при соприкосновении с последними происходит зарастание поверхности смесителя. В способе согласно изобретению это не проявляется. В результате кавитационные воздействия позволяют на 10-15%, иногда и в большей степени снижать значения водоцементного отношения в суспензии, полученной по способу согласно изобретению, по сравнению с суспензией, получаемой посредством виброактивационного перемешивания, и еще в большей степени по сравнению с суспензией, получаемой перемешиванием без активации, известным из уровня техники. Этот фактор наряду с рассматриваемым ниже ускорением взаимодействия цемента с водой в суспензии, получаемой согласно изобретению, вносит существенный вклад в прирост прочности и долговечности материалов на основе указанной суспензии, полученной по способу согласно изобретению, а именно цементного камня, строительного раствора и бетонов.Thus, the activation of the suspension by the method according to the invention increases the uniformity of the resulting suspension and materials based on it - cement stone, mortar and concrete and significantly reduces the coefficient of variation of their construction and technical properties. In addition, in this situation, there are no untreated zones of cement-water slurry, which are always present when vibrating, and it is in contact with the latter that the surface of the mixer overgrows. In the method according to the invention this does not occur. As a result, cavitation effects can reduce by 10-15%, sometimes to a greater extent, the water-cement ratio in the suspension obtained by the method according to the invention, compared with the suspension obtained by vibration activation mixing, and even more so compared to the suspension obtained mixing without activation, known from the prior art. This factor, along with the acceleration of the interaction of cement with water in the suspension obtained according to the invention considered below, makes a significant contribution to the increase in strength and durability of materials based on the specified suspension obtained by the method according to the invention, namely cement stone, mortar and concrete.
Второе преимущество заключается в том, что интенсифицируемая поддувом кавитация в указанном диапазоне чисел кавитации в поле центробежных сил в активируемой цементо-водной суспензии позволяет заполнять образующиеся в последней разрывы сплошности при пониженном уровне значений средней удельной энергонапряженности в массе обрабатываемого материала по сравнению с полем центробежных сил, совмещенном с вибрацией. Это обеспечивает пониженные энергозатраты при осуществлении способа, коренное (на два порядка) повышение надежности работы оборудования и является главным условием возможности широкого промышленного применения указанного способа.The second advantage consists in the fact that cavitation intensified by blowing in the indicated range of cavitation numbers in the field of centrifugal forces in the activated cement-water suspension allows filling the continuity gaps formed in the last at a lower level of the average specific energy stress in the mass of the processed material compared to the centrifugal force field, combined with vibration. This provides reduced energy consumption during the implementation of the method, a fundamental (two orders of magnitude) increase in the reliability of the equipment and is the main condition for the possibility of wide industrial application of this method.
Указанными преимуществами в конечном счете и обеспечиваются основные технико-экономические эффекты изобретения.These advantages ultimately provide the main technical and economic effects of the invention.
Отметим, что снижение среднего размера пор в затвердевшей цементо-водной суспензии, то есть в цементном камне и продуктах на его основе при статистически равномерном распределение воды по поверхности частиц цемента, снижает степень карбонатизации цементного камня и материалов на его основе и, на порядок снижая интенсивность диффузионных процессов в цементном камне, в значительной степени снижает усадочные деформации последнего и продуктов на его основе. Так, у тяжелых бетонов и строительных растворов по крайней мере треть усадки и более обусловлена карбонатизацией ввиду наличия капиллярных каналов [9], особенно при относительной влажности воздуха менее 60%.It should be noted that a decrease in the average pore size in hardened cement-water slurry, i.e. in cement stone and products based on it, with a statistically uniform distribution of water over the surface of cement particles, reduces the carbonation rate of cement stone and materials based on it and, by an order of magnitude, reduces the intensity diffusion processes in cement stone, significantly reduces the shrinkage deformation of the latter and products based on it. So, in heavy concrete and mortar, at least a third of shrinkage and more is due to carbonation due to the presence of capillary channels [9], especially when the relative humidity is less than 60%.
Для заметного проявления указанного эффекта Шестоперова, как показывают эксперименты, необходимо и достаточно, чтобы после окончания активации цементо-водной суспензии степень гидратации цемента по величине потерь при прокаливании (далее сокращенно - п.п.п.) составляла по крайней мере не менее 2,5 мас.%. В этом случае обычно не встречается карбонатного двупреломления гидратных фаз в микропрепаратах, видимого под оптическим микроскопом, а гидроалюминаты кальция, судя по значениям коэффициентов светопреломления и данным рентгенофазового анализа, свободны от загрязняющего карбонат-иона (СО3 2-).For a noticeable manifestation of the indicated Shestoperov effect, experiments show that it is necessary and sufficient that, after the activation of the cement-water suspension, the degree of cement hydration in terms of the loss on ignition (hereinafter abbreviated - pp) was at least 2, 5 wt.%. In this case, carbonate birefringence of hydrated phases is usually not found in micropreparations visible under an optical microscope, and calcium hydroaluminates, judging by the values of the refractive indices and X-ray phase analysis data, are free of carbonate-contaminating ion (СО 3 2- ).
Отметим, что фазовый анализ образцов цементо-водной суспензии для определения степени гидратации цемента в ее составе проводят с помощью дифференциального термического анализа (ДТА), в частности, на приборе Н.С.Курнакова в предварительно отвакуумированных для удаления свободной и гигроскопической влаги образцах, а степень гидратации определяют, считая, что в полностью гидратированном цементе содержание химически связанной воды по величине потерь при прокаливании (п.п.п.) равно в среднем 24% согласно Кравченко и др. против примерно 28% по Коуплэнду и по Тейлору (все данные - в [74]), поскольку отечественные портландцементы и другие цементы на их основе содержат в среднем меньше алюминатов кальция и продукты их гидратации менее обводнены. Степень гидратации цемента (G) определяют по данным п.п.п. в образцах суспензии с помощью ДТА по обычной методике, принятой в НИИЦементе (подробности см., в частности, в работе [75]), относя измеренные значения п.п.п. к 24% связанной воды при максимальной степени гидратации, близкой к 100%.Note that the phase analysis of samples of cement-water suspension to determine the degree of cement hydration in its composition is carried out using differential thermal analysis (DTA), in particular, on N. S. Kurnakov’s device in samples previously evacuated to remove free and hygroscopic moisture, and the degree of hydration is determined on the assumption that in a fully hydrated cement the content of chemically bound water in terms of the loss on ignition (pp) is on average 24% according to Kravchenko et al. versus about 28% for Co. upland and according to Taylor (all data are in [74]), since domestic Portland cements and other cements based on them contain on average less calcium aluminates and their hydration products are less watered. The degree of hydration of cement (G) is determined according to p.p. in suspension samples using DTA according to the usual methodology adopted at the Research Institute of Cement (for details, see, in particular, Ref. [75]), referring to the measured values of p.p.p. to 24% bound water with a maximum degree of hydration close to 100%.
Важным следствием указанного преимущества способа согласно изобретению по сравнению с уровнем техники является связанная с ним возможность частичной или полной замены дальнепривозных заполнителей из изверженных пород типа гранита на менее дорогие, в Европейской части России имеющиеся повсеместно карбонатные заполнители. Из уровня техники известно, что заполнители карбонатного типа в строительных растворах и бетонах снижают прочность и долговечность последних не только ввиду пониженной прочности их зерен по сравнению, например, с гранитными, но прежде всего в связи с наличием в них примеси карбонатной пыли, образующейся при их дроблении, транспортировании и хранении. Известно, что эта пыль существенно снижает эффективность действия стандартных добавок для бетонов, причем пластифицирующих и водоредуцирующих - практически до нулевого уровня [32]. Это не может быть объяснено иначе, чем преимущественно химическим влиянием карбонатной пыли на состав гидратных новообразований цемента. Это подтверждается повышением степени карбонатизации гидратных новообразований цемента в бетонах на карбонатных заполнителях и понижением в таких бетонах степени гидратации цемента [12]. Кроме того, карбонатизация гидратных новообразований приводит к их разложению с выделением свободной воды [9], растворяющей наиболее напряженные контакты в матрице цементного камня, что ведет к перекристаллизации матрицы и к сбросам прочности твердеющих цементного камня, строительного раствора и бетона [22]. Проявление эффекта Шестопрова по способу согласно изобретению, касающееся основы бетонов и строительных растворов - цементного камня - продукта твердения цементо-водной суспензии, полученной по способу согласно изобретению, способно не только уменьшить все указанные отрицательные эффекты, но и предотвратить их проявления, что было установлено в исследованиях авторов настоящего изобретения. А это открывает возможность более эффективного применения карбонатных заполнителей в строительных растворах и бетонах. К этому следует добавить, что старые успешные работы А.С.Пантелеева 50-х годов XX века по замене части клинкерного компонента в цементе известняковой мукой с частицами размером 40-120 мкм и соответственно по замене части силикатных заполнителей в бетонах известняковыми, как стало ясно в последние годы, относятся к частному случаю применения высокощелочных [R2O=(Na2О+0,658К2О)≥ 0,8% по массе] и высокоалюминатных (С3А≥ 8% по массе) клинкеров в качестве основы цемента и представляют собой лишь частные технические решения. При этом способ согласно прототипу, как было установлено, лишь в подобных отдельных случаях может обеспечить прирост содержания известняковых наполнителей в цементе или частичную замену силикатных заполнителей известняковыми в бетонах в связи со слишком малым количеством бескарбонатных затравок в составе продуктов начальной гидратации цемента и незначительным их влиянием на конечную степень карбонатизации продуктов основного процесса гидратации цемента в твердеющем цементном камне, и соответственно в строительном растворе и бетоне. Способ согласно изобретению впервые может на любых цементах способствовать указанным заменам, экономическая эффективность которых несомненна, без ухудшения строительно-технических свойств цементного камня, строительного раствора и бетона.An important consequence of the indicated advantage of the method according to the invention in comparison with the prior art is the related possibility of partial or complete replacement of long-haul aggregates from igneous rocks such as granite with less expensive ones, everywhere in the European part of Russia carbonate aggregates are available. It is known from the prior art that carbonate-type aggregates in mortars and concrete reduce the strength and durability of the latter, not only because of the reduced strength of their grains compared to, for example, granite, but primarily due to the presence of carbonate dust impurities generated during crushing, transportation and storage. It is known that this dust significantly reduces the effectiveness of standard additives for concrete, and plasticizing and water-reducing - almost to zero level [32]. This cannot be explained otherwise than primarily by the chemical effect of carbonate dust on the composition of hydrated neoplasms of cement. This is confirmed by an increase in the degree of carbonation of cement hydrated neoplasms in concretes on carbonate aggregates and a decrease in the degree of cement hydration in such concretes [12]. In addition, the carbonatization of hydrated neoplasms leads to their decomposition with the release of free water [9], which dissolves the most stressed contacts in the matrix of cement stone, which leads to recrystallization of the matrix and to strength relief of hardening cement stone, mortar and concrete [22]. The manifestation of the Shestoprov effect according to the method according to the invention, relating to the basis of concrete and mortar - cement stone - the product of hardening cement-water slurry obtained by the method according to the invention, can not only reduce all these negative effects, but also prevent their manifestations, which was found in studies of the authors of the present invention. And this opens up the possibility of more efficient use of carbonate aggregates in mortars and concrete. It should be added that the old successful work of A.S. Panteleev of the 50s of the XX century on the replacement of part of the clinker component in cement with limestone flour with particles of 40-120 microns in size and, accordingly, on the replacement of part of silicate aggregates in limestone concrete, as it became clear in recent years, they relate to the special case of the use of highly alkaline [R 2 O = (Na 2 O + 0.658 K 2 O) ≥ 0.8% by mass] and high aluminate (C 3 A≥ 8% by mass) clinkers as a cement base and are only private technical solutions. Moreover, the method according to the prototype, as it was found, only in such individual cases can provide an increase in the content of limestone fillers in cement or a partial replacement of silicate fillers with limestone in concrete in connection with too few carbonate seeds in the composition of the products of initial cement hydration and their insignificant effect on the final degree of carbonation of the products of the main process of cement hydration in hardening cement stone, and accordingly in mortar and concrete e. The method according to the invention for the first time on any cements can contribute to the indicated substitutions, the economic efficiency of which is undoubted, without compromising the construction and technical properties of cement stone, mortar and concrete.
Число кавитации α характеризует интенсивность кавитации, обеспечивающую ее указанное физико-химическое воздействие на цементо-водную суспензию, на продукты на основе последней и соответственно - также на характеристики цементного камня и материалов на его основе. По мере тиксотропного разжижения указанной суспензии в процессе ее приготовления на первой ступени перемешивания и соответственного снижения ее динамической вязкости η в процессе кавитационной обработки, как следует из анализа формулы (1), число кавитации понижается от указанного максимума, равного примерно 3,8 и соответствующего согласно [33] минимальной степени проявления кавитационных каверн, или “начальной кавитации”, до указанного минимума, равного примерно 0,6· 10-4, и характеризующего согласно [33, 34] высокую степень развития кавитационных каверн, или “устойчивую кавитацию” в интервале значений числа кавитации менее 0,35 [35]. Реальные значения всех переменных в формуле (1), определяемые на опытной установке авторов, и расчет указанных значений числа кавитации в диапазоне практически возможных режимных параметров представлен ниже в примерах осуществления способа получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе согласно изобретению. К этому следует добавить, что формула (1) выведена авторами изобретения на основе анализа размерностей в соответствии с общими рекомендациями [36] применительно к общему случаю плоского осесимметричного кавитационного течения [37, 38], а затем откорректирована по опытным данным согласно результатам испытаний на разработанной установке. Она позволила сконструировать устройство для осуществления способа, описанное ниже, не методом проб и ошибок, а по расчетным данным, проверенным экспериментально.The cavitation number α characterizes the cavitation intensity, providing its indicated physicochemical effect on the cement-water suspension, on products based on the latter and, accordingly, also on the characteristics of cement stone and materials based on it. As the thixotropic liquefaction of the specified suspension during its preparation at the first mixing stage and a corresponding decrease in its dynamic viscosity η during the cavitation treatment, as follows from the analysis of formula (1), the cavitation number decreases from the indicated maximum, equal to about 3.8 and corresponding according to [33] the minimum degree of manifestation of cavitation cavities, or “initial cavitation”, to a specified minimum of approximately 0.6 · 10 -4 , and characterizing, according to [33, 34], a high degree of development of cavitation ion cavities, or “stable cavitation” in the range of cavitation numbers less than 0.35 [35]. The real values of all variables in formula (1), determined on the experimental setup of the authors, and the calculation of the indicated values of the cavitation number in the range of practically possible operating parameters are presented below in examples of the method for producing a cement-water suspension and materials based on it according to the invention. It should be added that formula (1) was derived by the inventors on the basis of dimensional analysis in accordance with the general recommendations [36] as applied to the general case of a plane axisymmetric cavitation flow [37, 38], and then adjusted according to experimental data according to the test results developed by installation. She allowed to construct a device for implementing the method described below, not by trial and error, but according to calculated data, verified experimentally.
Отметим, что снижение значений числа кавитации α в пределах от 10-3 до 10-4 ведет к повышению энергозатрат при перемешивании и энергонапряженности поля центробежных сил, а также к повышению воздухововлечения в суспензию, поэтому полезные эффекты изобретения при этом по крайней мере не возрастают. Повышение значений указанного числа до 10-2 и далее до 10-1, соответствующее снижению интенсивности кавитации, заметно снижает полезные эффекты изобретения и нецелесообразно. Оно допускается лишь в короткий период времени при разгоне процесса обработки.Note that a decrease in the cavitation number α in the range from 10 -3 to 10 -4 leads to an increase in energy consumption during mixing and energy intensity of the centrifugal force field, as well as to an increase in air entrainment into the suspension, therefore, the beneficial effects of the invention at least do not increase. The increase in the values of the specified number to 10 -2 and then to 10 -1 , corresponding to a decrease in the intensity of cavitation, significantly reduces the beneficial effects of the invention and is impractical. It is allowed only in a short period of time during acceleration of the processing process.
Значения коэффициента k1 в пределах 0,55-0,8 и коэффициента k2 в пределах 0,5±0,05 гарантированы конструкцией устройства для осуществления способа, описанной ниже.The values of the coefficient k 1 within 0.55-0.8 and the coefficient k 2 within 0.5 ± 0.05 are guaranteed by the design of the device for implementing the method described below.
Значения в пределах 0,25-1,25 МПа представляют диапазон доступных давлений, которые достаточны для дезагрегации цемента и удаления воздушных прослоек вокруг его частиц в процессе перемешивания, а также для эффекта самоочищения смесительного устройства при интервале изменений радиуса R в пределах 0,4-1,2 м (оптимальный диапазон). При радиусе менее 0,4 м значение числа кавитации повышается до 5 и выше, что соответствует отсутствию кавитации, при этом значительно сокращается ряд полезных эффектов изобретения. При значениях R более 1,2 м существенно затрудняется сохранение сплошности слоя цементо-водной суспензии, начинается ее смешивание с цементной пылью и налипание на верхней части внутренней поверхности смесителя, что сужает область применения способа. При значении Δ Н менее 0,25 МПа эффект дезагрегации цемента является неполным, а самоочищение смесителя временами отсутствует, что существенно затрудняет промышленное использование изобретения. Условия, создающиеся при Δ Н более 1,25 МПа, примерно аналогичны условиям при R более 1,2 м. Диапазон значений Δ Р в пределах 0,1-0,25 МПа является оптимальным. Снижение этого показателя за пределы приведенного диапазона соответствует затруднениям в инициировании кавитации и снижению полезных эффектов изобретения, а рост сверх приведенного диапазона приводит к последствиям, аналогичным описанным выше при R более 1,2 м. Частота вращения указанного поля может быть выше приведенного диапазона (5-100 с-1) вплоть до 120-200 с-1, однако последние значения пригодны преимущественно для случая особо тонкомолотых, или высокодисперсных цементов, преимущественно получаемых из пыли цементных мельниц как в исходном, так и в модифицированном состоянии при их использовании для тампонирования или укрепления сыпучих сред. Частота вращения поля аналогичным образом может быть и ниже указанного диапазона, что допускается в частном случае использования особо грубомолотых цементов для гидротехнических сооружений в целях уменьшения тепловыделения цемента, однако не ниже уровня 2 с-1, в противном случае исчезают полезные эффекты изобретения.Values in the range of 0.25-1.25 MPa are the range of available pressures that are sufficient to disaggregate the cement and remove air layers around its particles during mixing, as well as for the self-cleaning effect of the mixing device when the radius R varies within 0.4-1 , 2 m (optimal range). With a radius of less than 0.4 m, the value of the cavitation number rises to 5 and higher, which corresponds to the absence of cavitation, while the number of useful effects of the invention is significantly reduced. With R values of more than 1.2 m, it is significantly difficult to maintain the continuity of the cement-water suspension layer, it begins to mix with cement dust and stick to the upper part of the internal surface of the mixer, which narrows the scope of the method. When Δ H is less than 0.25 MPa, the effect of cement disaggregation is incomplete, and at times the mixer does not self-clean, which significantly complicates the industrial use of the invention. The conditions created when Δ H is more than 1.25 MPa are approximately similar to conditions when R is more than 1.2 m. The range of values of Δ P in the range 0.1-0.25 MPa is optimal. A decrease in this indicator outside the given range corresponds to difficulties in initiating cavitation and reducing the beneficial effects of the invention, and growth in excess of the above range leads to consequences similar to those described above with R over 1.2 m.The rotation frequency of this field may be higher than the above range (5- 100 s -1 ) up to 120-200 s -1 , however, the latter values are suitable mainly for the case of especially finely ground, or finely dispersed cements, mainly obtained from the dust of cement mills as an outcome Mr., and in a modified state when used for plugging or strengthening bulk media. The rotation frequency of the field can likewise be lower than the specified range, which is allowed in the particular case of using particularly coarse cement for hydraulic structures in order to reduce the heat generation of cement, but not lower than level 2 s -1 , otherwise the useful effects of the invention disappear.
В вариантах изобретения его сущность в части способа получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе совершенствуется с помощью следующих дополнительных технологических приемов:In embodiments of the invention, its essence in terms of the method of producing a cement-water suspension and materials based on it is improved using the following additional technological methods:
А. Введение наполнителя и заполнителей может быть использовано и при активации указанной суспензии с кавитацией, посредством которой поверхность частиц или зерен указанных материалов очищается от природных примесей и активируется для взаимодействия с гидратными новообразованиями цемента в большей степени, чем это наблюдается при вибрационной активации поверхности последних. Это при осуществления изобретения характеризуется возможностью повышения наполнителеемкости кавитационно-активированного цементного камня, полученного на основе активированной суспензии, и соответственно заполнителеемкости растворов и бетонов, полученных на основе последней.A. The introduction of filler and aggregates can also be used to activate the specified suspension with cavitation, by which the surface of particles or grains of these materials is cleaned of natural impurities and activated to interact with hydrated neoplasms of cement to a greater extent than is observed with vibrational activation of the surface of the latter. When carrying out the invention, it is characterized by the possibility of increasing the filling capacity of cavitation-activated cement stone obtained on the basis of an activated suspension, and, accordingly, the filling capacity of solutions and concrete obtained on the basis of the latter.
Б. Тиксотропное разжижение цементо-водной суспензии. Очевидно, что попытка прокачать воздух через цементное тесто нормальной консистенции для его барботирования не может увенчаться положительным результатом ввиду высокой вязкости теста (более 2000 Па· с). В качестве показателя разжижения целесообразно использовать его непосредственную физическую характеристику - вязкость предельно разрушенной структуры, характеризующую минимальную вязкость цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе при возрастающих механических напряжениях [39]. Указанные пределы (16-130 Па· с) соответствуют опытным данным для вязкости цементного теста нормальной густоты в сдвиговом вискозиметре при максимально возможных скоростях сдвига (0,2-0,3 м/с). Более низкие (около 10) и более высокие (до 300 и выше) Па· с значения указанной вязкости не являются оптимальными, так как усиливают образование брызг при активации и затрудняют введение во время барботирования наполнителей, заполнителей и добавок соответственно.B. Thixotropic dilution of a cement-water suspension. Obviously, an attempt to pump air through a cement paste of normal consistency to bubble it cannot be a positive result due to the high viscosity of the test (more than 2000 Pa · s). It is advisable to use its direct physical characteristic as a liquefaction indicator — the viscosity of the extremely fractured structure, which characterizes the minimum viscosity of a cement-water suspension and products based on it under increasing mechanical stresses [39]. The indicated limits (16-130 Pa · s) correspond to the experimental data for the viscosity of the cement paste of normal density in a shear viscometer at the maximum possible shear rates (0.2-0.3 m / s). Lower (about 10) and higher (up to 300 and higher) Pa · s values of the indicated viscosity are not optimal, since they increase the formation of sprays upon activation and make it difficult to introduce fillers, fillers, and additives during sparging, respectively.
В. Дробное затворение цемента водой, заключающееся во введении части воды затворения не сразу, а порционно, в процессе перемешивания цементо-водной суспензии по способу согласно изобретению в условиях активации цемента, как показывают опыты, более эффективно по сравнению с известным технологическим приемом двукратного порционного введения воды затворения в старых работах [39, 40], где активация цемента при перемешивании либо не предусматривалась, либо осуществлялась посредством вибрирования.B. Fractional mixing of cement with water, which consists in introducing part of the mixing water not immediately, but in portions, during the mixing of the cement-water suspension according to the method according to the invention under conditions of cement activation, experiments show that it is more effective in comparison with the known technological method of double portion administration mixing water in old works [39, 40], where cement activation with stirring was either not foreseen or was carried out by vibration.
Г. Перемешивание, осуществляемое при требуемой величине средней удельной энергонапряженности указанного поля центробежных сил (1,8-25 кДж/м3), необходимо и достаточно для активации цемента по способу согласно изобретению. Указанные пределы энергонапряженности установлены эмпирически и существенно ниже наблюдаемых в локальных зонах цементо-водной суспензии, прилежащих к поверхности виброактиватора, в частности, глубинного вибратора, зато в способе согласно изобретению охватывают весь объем обрабатываемого материала. Повышенные значения энергонапряженности требуются, как правило, только в случаях особо тонкомолотых цементов, упомянутых выше. Естественно, они не препятствуют проявлению положительных технических эффектов изобретения, но приводят к приросту требуемых энергозатрат.D. Mixing, carried out at the required value of the average specific energy density of the specified field of centrifugal forces (1.8-25 kJ / m 3 ), is necessary and sufficient for the activation of cement by the method according to the invention. The indicated energy intensity limits are established empirically and significantly lower than those observed in the local zones of the cement-water suspension adjacent to the surface of the vibration activator, in particular, the deep vibrator, but in the method according to the invention they cover the entire volume of the processed material. Increased energy stress values are required, as a rule, only in the cases of especially finely ground cements mentioned above. Naturally, they do not prevent the manifestation of the positive technical effects of the invention, but lead to an increase in the required energy consumption.
Д. Введение функциональных добавок для бетонов по [41] в соответствии со способом согласно изобретению, как предусмотрено выше, более эффективно, чем известное из уровня техники, поскольку экспериментально установлено, что в условиях активации цемента и наличия большего содержания в указанной суспензии первичных продуктов гидратации цемента, а именно “цементного геля”, оптимальные дозировки указанных добавок, подобранные по критериям согласно [42], следует снизить до 50-70 мас.% от эффективной их концентрации при неактивированном или виброактивированном перемешивании согласно прототипу [23]. Наиболее эффективно введение по способу согласно изобретению указанных добавок не с первой порцией воды затворения, а отдельно, в процессе барботирования, когда первичная субмикроструктура цементного геля уже сложилась и отрицательное влияние многих добавок либо на структуру гидратов (ускорители, замедлители схватывания, кольматирующие добавки), либо на скорость твердения цемента (водоредуцирующие добавки и др.) уменьшается. В тот же период после начала барботирования наиболее целесообразно и введение наполнителей или наполнителей с добавочным количеством воды, поскольку в этот период обеспечивается наиболее эффективное взаимодействие двух активируемых в процессе обработки интенсифицируемой кавитацией в поле центробежных сил поверхностей - наполнителя и упомянутого “цементного геля”.D. The introduction of functional additives for concrete according to [41] in accordance with the method according to the invention, as provided above, is more effective than the prior art, since it has been experimentally established that, under conditions of cement activation and the presence of a higher content of primary hydration products in said suspension cement, namely, “cement gel”, the optimal dosages of these additives, selected according to the criteria according to [42], should be reduced to 50-70 wt.% of their effective concentration when inactive or vibro ktivirovannom stirring of the prior art [23]. The most effective is the introduction according to the method according to the invention of these additives not with the first portion of mixing water, but separately, in the process of bubbling, when the primary submicrostructure of the cement gel has already developed and the negative effect of many additives either on the structure of hydrates (accelerators, retarders, matting additives), or on the rate of hardening of cement (water-reducing additives, etc.) is reduced. In the same period after the start of sparging, it is most expedient to introduce fillers or fillers with an additional amount of water, since during this period the most effective interaction of the two surfaces activated during processing by intensified cavitation in the field of centrifugal forces — the filler and the aforementioned “cement gel” - is provided.
Что касается следующего поколения добавок к цементу и бетону, называемых противоусадочными (термин впервые введен в 2002 г. [43]) и преимущественно используемых в способе получения цементного камня и материалов на его основе согласно изобретению, то они содержат:As for the next generation of cement and concrete additives, called anti-shrink (the term was first introduced in 2002 [43]) and mainly used in the method of producing cement stone and materials based on it according to the invention, they contain:
- в качестве неорганической основы: сульфоалюминатный клинкер, включающий не менее 30 мас.% сульфоалюмината кальция, или сульфат алюминия, а также- as an inorganic base: sulfoaluminate clinker, comprising at least 30 wt.% calcium sulfoaluminate, or aluminum sulfate, and
- пептизирующий компонент, функциями которого являются:- a peptizing component whose functions are:
- инициирование избирательного травления алюминатной фазы портландцементного клинкера после его затворения водой для выделения в раствор ионов [АlO2]- и [АlO4]5-, участвующих в построении расширяющихся субмикропленок гидросульфоалюминатов кальция вокруг каждой частицы клинкерного компонента портландцемента и/или цементов на его основе, и- initiating selective etching of the aluminate phase of the Portland cement clinker after it is mixed with water to isolate the [AlO 2 ] - and [AlO 4 ] 5- ions participating in the construction of expanding submicro films of calcium hydrosulfoaluminates around each particle of the clinker component of Portland cement and / or cements based on it , and
- защита указанных субмикропленок от углекислоты воздуха, фрагментирующей указанные субмикропленки и снижающей их расширяющий и противоусадочный эффект.- protection of these sub-microfilms from carbon dioxide of the air, fragmenting these sub-microfilms and reducing their expanding and anti-shrink effect.
Соответственно этот компонент включает два ингредиента - травитель и пленкообразователь.Accordingly, this component includes two ingredients - an etchant and a film former.
Главное преимущество указанных противоусадочных добавок перед расширяющими добавками предыдущего поколения состоит в том, что последние требуется вводить для достижения расширяющего эффекта в цементном камне и материалах на его основе в количестве 18-20% массы клинкерного компонента портландцемента [44], а для безусадочности цементного камня или материалов на его основе - не менее 6-10% массы цемента [45], тогда как согласно данным авторов изобретения содержание противоусадочных добавок по [43] для достижения расширяющего эффекта при применении способа согласно изобретению должно быть максимум 3% массы клинкерного компонента портландцемента, преимущественно 1,5-2 мас.%, а безусадочность цементного камня и материалов на его основе, включающих противоусадочную добавку, достигается уже при ее содержании около 1% массы клинкерного компонента портландцемента, что следует из данных, приведенных в примере осуществления изобретения. Естественно, что столь значительное снижение расхода указанной дорогостоящей добавки по сравнению с предыдущим поколением расширяющих добавок обеспечивает значительную экономию и расширение масштаба внедрения. При этом в способе согласно изобретению благодаря отсутствию примесей СO2 в среде достижение тех же эффектов возможно при еще более низких значениях содержания противоусадочных добавок по [43] в цементо-водной суспензии и продуктах на ее основе. Таким образом, использование противоусадочных добавок при осуществлении способа согласно изобретению также становится более эффективным по сравнению с известным из уровня техники.The main advantage of these anti-shrink additives over expanding additives of the previous generation is that the latter must be introduced in order to achieve an expanding effect in cement stone and materials based on it in the amount of 18-20% of the mass of the clinker component of Portland cement [44], and for non-shrinkage of cement stone or materials based on it - at least 6-10% of the mass of cement [45], whereas according to the authors of the invention, the content of anti-shrink additives according to [43] to achieve the expanding effect when applied and the method according to the invention should be a maximum of 3% by weight of the clinker component of Portland cement, mainly 1.5-2 wt.%, and the non-shrinkage of the cement stone and materials based on it, including anti-shrink additive, is already achieved with its content of about 1% by weight of the clinker component of Portland cement that follows from the data given in the example embodiment of the invention. Naturally, such a significant reduction in the consumption of this expensive additive compared to the previous generation of expanding additives provides significant savings and expand the scale of implementation. Moreover, in the method according to the invention, due to the absence of CO 2 impurities in the medium, the achievement of the same effects is possible at even lower values of the anti-shrink additives according to [43] in the cement-water suspension and products based on it. Thus, the use of anti-shrink additives in the implementation of the method according to the invention also becomes more effective compared with the prior art.
Е. Использование в качестве цемента в способе согласно изобретению указанных выше его разновидностей для повышения технического эффекта изобретения находится в связи с обычными для указанных разновидностей функциями, причем специальные эффекты указанных цементов возрастают при их использовании согласно способу по изобретению по сравнению с известными из литературы их эффектами, что подробно охарактеризовано в примере осуществления изобретения.E. The use as a cement in the method according to the invention of the above varieties for enhancing the technical effect of the invention is associated with the functions usual for these varieties, and the special effects of these cements increase when they are used according to the method of the invention in comparison with their effects known from the literature that is described in detail in an example embodiment of the invention.
И. Применение заполнителей в получаемых по способу согласно изобретению материалах на основе цементного камня в условиях, существенно снижающих вредное химическое влияние углекислотных примесей в гидратных новообразованиях цемента на технические свойства последнего, позволяет коренным образом повысить полезный эффект применения карбонатных наполнителей и заполнителей любого минерального типа (известняковых, мраморовидных, доломитов) или наполнителей и заполнителей с карбонатными примесями в получаемых по способу согласно изобретению материалах на основе указанной суспензии благодаря росту прочности и долговечности указанных материалов, а именно строительного раствора и бетонов. Это достигается при активации цемента в поле центробежных сил, совмещенном с кавитацией. Этот вариант изобретения может быть эффективно использован для частичной или полной замены в бетонах без изменения их технических свойств дальнепривозного гранитного щебня на местный карбонатный, в частности, известняковый, что показано в одном из примеров осуществления изобретения и может иметь для ряда регионов страны важное экономическое значение. Кроме того, применение способа согласно изобретению позволяет смягчить при необходимости требования к чистоте и фракционному составу заполнителей, в частности, по гумусовым примесям и модулю крупности песка в строительных растворах и бетонах и по содержанию активных по отношению к щелочам цемента фракций в крупном заполнителе для бетона.I. The use of aggregates in materials based on cement stone obtained by the method according to the invention under conditions that substantially reduce the harmful chemical effect of carbon dioxide impurities in hydrated neoplasms of cement on the technical properties of the latter, can radically increase the beneficial effect of using carbonate fillers and aggregates of any mineral type (limestone , marble-like, dolomites) or fillers and aggregates with carbonate impurities obtained by the method according to the invention eniyu materials based on said suspension due to higher strength and durability of these materials, namely, mortar, and concrete. This is achieved by activating cement in a field of centrifugal forces, combined with cavitation. This embodiment of the invention can be effectively used for partial or complete replacement in concrete without changing their technical properties of long-haul granite crushed stone to local carbonate, in particular limestone, which is shown in one embodiment of the invention and may be of great economic importance for a number of regions of the country. In addition, the application of the method according to the invention allows to soften, if necessary, the requirements for the cleanliness and fractional composition of aggregates, in particular, for humus impurities and modulus of sand fineness in mortars and concretes and for the content of fractions active with respect to alkali cement in large aggregate for concrete.
Сущность изобретения в части способа получения цементо-водной суспензии становится более ясной из примера его осуществления.The invention in terms of a method for producing a cement-water suspension becomes clearer from an example of its implementation.
Пример 1. Для получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе - цементного камня, строительного раствора и бетонов по способу согласно изобретению используют следующие исходные материалы и оборудование:Example 1. To obtain a cement-water suspension and materials based on it - cement stone, mortar and concrete according to the method according to the invention use the following starting materials and equipment:
Исходные материалы:Source materials:
- в качестве гидравлического вяжущего вещества следующие цементы:- as a hydraulic binder, the following cements:
Ц1: портландцемент ПЦ500 Д0 (марки 500, без минеральных добавок), включающий: в качестве клинкерного ингредиента - портландцементный клинкер следующего химического и минералогического состава (здесь и ниже в мас.%): по главным оксидам: SiO2 21,80; Аl2О3 5,29; Fе2О3 5,09; CaO 65,35; MgO 1,1; SO3 0,38; R2O 0,32; в том числе К2О 0,3 и Nа2О 0,12; сумма 99,33, силикатный модуль (n) 2,10; глиноземный модуль (р) 1,04, коэффициент насыщения известью (КН) по В.А.Кинду: 0,90; содержание остальных малых составляющих: Li2O≅ 0, ВаО 0,07, SrO 0,002, NiO 0,031, СоО 0,02, Мn2О3 0,095, Сr2О3 0,188, MoO 0,054, TiO2 0,02, Р2О5 0,19, Сl2 0, F20; расчетный минералогический состав (мас.%) средней пробы клинкера: алит (С3S) 58, белит (C2S) 19, трехкальциевый алюминат (С3А) 5,4, алюмоферрит кальция (C4AF) 15,5, примеси - остальное; в качестве сульфатно-кальциевого ингредиента - гипсовый камень, содержащий двуводный гипс в количестве 98,6% массы, примеси - остальное; при мас. соотношении ингредиентов 100:5; удельная поверхность цемента (S, здесь и ниже определенная по методу воздухопроницаемости в соответствии с [46]) - 310 м /кг;C1: Portland cement ПЦ500 Д0 (grade 500, without mineral additives), including: as a clinker ingredient - Portland cement clinker of the following chemical and mineralogical composition (here and below in wt.%): For major oxides: SiO 2 21.80; Al 2 O 3 5.29; Fe 2 O 3 5.09; CaO 65.35; MgO 1.1; SO 3 0.38; R 2 O 0.32; including K 2 O 0.3 and Na 2 O 0.12; amount 99.33; silicate module (n) 2.10; alumina module (p) 1.04, lime saturation coefficient (KH) according to V.A. Kind: 0.90; the content of the remaining small components: Li 2 O≅ 0, BaO 0.07, SrO 0.002, NiO 0.031, CoO 0.02, Mn 2 O 3 0.095, Cr 2 O 3 0.188, MoO 0.054, TiO 2 0.02, P 2 O 5 0.19, Cl 2 0, F 2 0; calculated mineralogical composition (wt.%) of the average clinker sample: alit (C 3 S) 58, belite (C 2 S) 19, tricalcium aluminate (C 3 A) 5.4, calcium aluminoferrite (C 4 AF) 15.5, impurities - the rest; as a calcium sulfate ingredient, gypsum stone containing two-water gypsum in an amount of 98.6% by weight, impurities - the rest; at wt. ratio of ingredients 100: 5; specific surface area of cement (S, here and below determined by the method of breathability in accordance with [46]) - 310 m / kg;
Ц2: портландцемент быстротвердеющий ПЦ500 Д0 БТ (марки 500, без минеральных добавок) на основе клинкерного и сульфатно-кальциевого ингредиентов, аналогичных использованным в Ц1, при мас. соотношении ингредиентов 100:5,5 и S 375 м2/кг;C2: Portland cement quick-hardening PTs500 D0 BT (grade 500, without mineral additives) based on clinker and calcium sulfate ingredients similar to those used in Ts1, by weight. the ratio of ingredients 100: 5.5 and S 375 m 2 / kg;
Ц3: портландцемент высокопрочный ПЦ600 Д0 (марки 600, без минеральных добавок), включающий в качестве клинкерного ингредиента - портландцементный клинкер следующего химического и минералогического состава: химический состав по главным оксидам: SiO2 23,94; Аl2О3 3,60; Fе2О3 3,44; CaO 67,14; MgO 0,76; SO3 0,34; R2О 0,26; в том числе К2О 0,18 и Na2O 0,14; сумма 99,48, включая п.п.п.0,21; n 3,40; p 1,05, КН по В.А.Кинду: 0,89; содержание остальных малых составляющих: Li2O≅ 0, ВаО 0,03, SrO≅ 0, NiO 0,01, СоО 0,01, Мn2O3 0,12, Сr2O3 0,15, МоO2 0,02, TiO2 0,09, Р2O5 0,08, Cl2 0,01, F2O, расчетный минералогический состав средних проб контрольного клинкера: алит (C3S) 62, белит (C2S) 22, трехкальциевый алюминат (С3А) 4,0, алюмоферрит кальция (C4AF) 10,0, примеси - остальное; в качестве сульфатно-кальциевого ингредиента - гипсовый камень, аналогичный использованному в Ц1, при мас. соотношении ингредиентов 100:6 и S 465 м2/кг;C3: Portland cement, high-strength PC600 D0 (grade 600, without mineral additives), including Portland cement clinker of the following chemical and mineralogical composition as a clinker ingredient: chemical composition of the main oxides: SiO 2 23.94; Al 2 O 3 3.60; Fe 2 O 3 3.44; CaO 67.14; MgO 0.76; SO 3 0.34; R 2 About 0.26; including K 2 O 0.18 and Na 2 O 0.14; the amount of 99.48, including p.p. 0.21; n 3.40; p 1.05; KN according to V.A. Kind: 0.89; the content of the remaining small components: Li 2 O≅ 0, BaO 0.03, SrO≅ 0, NiO 0.01, CoO 0.01, Mn 2 O 3 0.12, Cr 2 O 3 0.15, MoO 2 0, 02, TiO 2 0.09, P 2 O 5 0.08, Cl 2 0.01, F 2 O, calculated mineralogical composition of the average samples of the control clinker: alit (C 3 S) 62, belite (C 2 S) 22, tricalcium aluminate (C 3 A) 4.0, calcium aluminoferrite (C 4 AF) 10.0, impurities - the rest; as a calcium sulfate ingredient - gypsum stone, similar to that used in C1, at wt. the ratio of ingredients 100: 6 and S 465 m 2 / kg;
Ц4: шлакопортландцемент ШПЦ 400 (марки 400) на основе клинкерного и сульфатно-кальциевого ингредиентов, аналогичных использованным в Ц1, включающий также шлак доменный гранулированный следующего химического состава: п.п.п.0,36; SiO2 31,75; Аl2О3 10,63; Fе2О3 2,12; MnO 0,30; CaO 50,90; MgO 1,24; S (сульфид-ион) 2,09; SO3 0,30, примеси - остальное, при массовом соотношении ингредиентов 60:6:40 и S 400 м2/кг;C4: slag Portland cement ШПЦ 400 (grade 400) based on clinker and calcium sulphate ingredients similar to those used in C1, including granulated blast furnace slag of the following chemical composition: p.p. 0.36; SiO 2 31.75; Al 2 O 3 10.63; Fe 2 O 3 2.12; MnO 0.30; CaO 50.90; MgO 1.24; S (sulfide ion) 2.09; SO 3 0.30, impurities - the rest, with a mass ratio of ingredients 60: 6: 40 and S 400 m 2 / kg;
Ц5: сульфатостойкий портландцемент ССПЦ 500 Д0 (марки 500, без минеральных добавок), включающий: в качестве клинкерного ингредиента - портландцементный клинкер следующего минералогического состава: алит (С3S) 46, белит (C2S) 35, оксид кальция (CaO) свободный 0,5, трехкальциевый алюминат (С3А) 4, алюмоферрит кальция (C4AF) 14, примеси - остальное; в качестве сульфатно-кальциевого ингредиента - гипсовый камень, аналогичный использованному в Ц1, при мас. соотношении ингредиентов 100: 5 и S 380 м2/кг;C5: sulfate-resistant Portland cement SSPTS 500 D0 (grade 500, without mineral additives), including: as a clinker ingredient - Portland cement clinker of the following mineralogical composition: alite (C 3 S) 46, belite (C 2 S) 35, calcium oxide (CaO) free 0.5, tricalcium aluminate (C 3 A) 4, calcium aluminoferrite (C 4 AF) 14, impurities - the rest; as a calcium sulfate ingredient - gypsum stone, similar to that used in C1, at wt. the ratio of ingredients 100: 5 and S 380 m 2 / kg;
Ц6: пуццолановый портландцемент (ППЦ) марки 400, включающий в качестве клинкерного ингредиента - портландцементный клинкер, аналогичный использованному в Ц5; в качестве активной минеральной добавки - опоку состава: п.п.п.17,36; SiO2 52,03; Аl2О3 6,25; Fе2О3 3,54; CaO 17,31; MgO 1,67; SO3 0,05; Na2O 0,25; К2О 1,54, включающую водорастворимый глинозем в количестве 4% массы; в качестве сульфатно-кальциевого ингредиента - гипсовый камень, аналогичный использованному в Ц1, при маc. соотношении ингредиентов 100:20:5 и S 490 м2/кг;C6: pozzolanic Portland cement (PPC) grade 400, including as a clinker ingredient - Portland cement clinker, similar to that used in C5; as an active mineral additive - flask composition: pp 17,36; SiO 2 52.03; Al 2 O 3 6.25; Fe 2 O 3 3.54; CaO 17.31; MgO 1.67; SO 3 0.05; Na 2 O 0.25; To 2 About 1,54, including water-soluble alumina in an amount of 4% of the mass; as a calcium sulfate ingredient - gypsum stone, similar to that used in C1, at wt. the ratio of ingredients 100: 20: 5 and S 490 m 2 / kg;
Ц7: цемент низкой водопотребности по [47] (Д-ЦНВ), марки 1000 с определением последней в соответствии с [47], включающий в качестве портландцементного клинкерного ингредиента портландцементный клинкер, аналогичный использованному в Ц3, в качестве сульфатно-кальциевого ингредиента двуводный гипс, аналогичный использованному в Ц1, в качестве органического водопонижающего модификатора - нафталинсульфонат натрия - модификатор цемента МЦ-1 по [48], включающий сульфат натрия до 2 мас.%, при мас. соотношении указанных ингредиентов 98:5:2 и S 640 м2/кг;C7: cement of low water demand according to [47] (D-CNV), grade 1000, with the definition of the latter in accordance with [47], including Portland cement clinker as the Portland cement clinker, similar to that used in C3, as calcium sulphate ingredient, two-water gypsum, similar to that used in C1, as an organic water-reducing modifier — sodium naphthalene sulfonate — cement modifier MTs-1 according to [48], including sodium sulfate up to 2 wt.%, at wt. the ratio of these ingredients 98: 5: 2 and S 640 m 2 / kg;
Ц9: расширяющийся портландцемент марки 400, включающий: смесь портландцемента быстротвердеющего (Ц2), гипсоглиноземистого расширяющегося цемента по [49], содержащего (мас.ч) глиноземистый цемент 70 и сульфатно-кальциевый ингредиент - гипсовый камень, аналогичный использованному в Ц1 30, и опоку, аналогичную использованной в Ц6, при мас. соотношении ингредиентов 85: 25: 15 и S 420 м2/кг;C9: expanding 400 grade Portland cement, including: a mixture of quick-setting Portland cement (C2), expandable gypsum-alumina cement according to [49], containing (wt.h) alumina cement 70 and calcium sulphate ingredient - gypsum stone similar to that used in C1 30, and flask similar to that used in C6, at wt. the ratio of ingredients 85: 25: 15 and S 420 m 2 / kg;
Ц10: безусадочный портландцемент марки 550, включающий портландцемент (Ц1) и противоусадочную добавку ПУД2 с приведенными ниже характеристиками и мас. соотношении компонентов указанного безусадочного портландцемента 100: 1,5 и S 350 м2/кг;C10: non-shrink Portland cement grade 550, including Portland cement (C1) and anti-shrink additive PUD2 with the following characteristics and wt. the ratio of the components of the specified non-shrink Portland cement 100: 1.5 and S 350 m 2 / kg;
Ц11: портландцемент ПЦ600 Д0 (марки 600, без минеральных добавок) на основе промотированного клинкера [50] состава: SiO2 21,90; Аl2О3 3,56; Fе2O3 3,43; CaO 68,74, MgO 1,04; SO3 0,42; R2O 0,14; в том числе К2O 0,09 и Na2O 0,08; сумма 99,09; содержание остальных малых составляющих: Li2O О, ВаО 0,07, SrO 0, NiO 0,01, СоО 0,03, Мn2О3 0,21, Сr2O3 0,22, МоO2 0,03, TiO2 0,18, P2O5 0,17, Сl2 0, F2O; минералогический состав в мас.%: C3S 83,0; С3А 3,6; C4AF 10,45, примеси - остальное; по данным петрографического анализа средней пробы, С3S 80, С3А по методу прокрашивания 4, C4AF 10,5, примеси - остальное; сульфатно-кальциевый ингредиент - гипсовый камень, аналогичный использованному в Ц1, при мас. соотношении ингредиентов 100:5 и S 380 м2/кг;Ts11: Portland cement ПЦ600 Д0 (grade 600, without mineral additives) based on promoted clinker [50] composition: SiO 2 21.90; Al 2 O 3 3.56; Fe 2 O 3 3.43; CaO 68.74; MgO 1.04; SO 3 0.42; R 2 O 0.14; including K 2 O 0.09 and Na 2 O 0.08; amount of 99.09; the content of the remaining small components: Li 2 O O, BaO 0.07, SrO 0, NiO 0.01, CoO 0.03, Mn 2 O 3 0.21, Cr 2 O 3 0.22, MoO 2 0.03, TiO 2 0.18, P 2 O 5 0.17, Cl 2 0, F 2 O; mineralogical composition in wt.%: C 3 S 83,0; C 3 A 3.6; C 4 AF 10.45, impurities - the rest; according to the petrographic analysis of the average sample, C 3 S 80, C 3 A according to the
Ц12: шлакопортландцемент ШПЩ 500 (марки 500) на основе промотированного клинкера, аналогичного использованному в Ц11, сульфатно-кальциевого ингредиента, аналогичного использованному в Ц1, включающий также шлак доменный гранулированный, аналогичный использованному в Ц4, при массовом соотношении ингредиентов 60:6:40 и S 420 м2/кг;C12: slag Portland cement ШПЩ 500 (grade 500) based on a promoted clinker similar to that used in C11, a calcium sulfate ingredient similar to that used in C1, including granulated blast furnace slag similar to that used in C4, with a mass ratio of ingredients of 60: 6: 40 and S 420 m 2 / kg;
Ц13: смесь цементов Ц1 и Ц8 марки 750 с определением последней в соответствии с [47] при массовом соотношении ингредиентов 50: 50 и S 480 м2/кг;Ts13: a mixture of cements Ts1 and Ts8 of brand 750 with the definition of the latter in accordance with [47] with a mass ratio of ingredients of 50: 50 and S 480 m 2 / kg;
Ц14: смесь цементов Ц1 и Ц9, безусадочный портландцемент марки 400 при массовом соотношении ингредиентов 50:50 и S 380 м2/кг;Ts14: a mixture of cements Ts1 and Ts9, non-shrink Portland cement grade 400 with a mass ratio of ingredients of 50:50 and S 380 m 2 / kg;
- в качестве наполнителя:- as a filler:
материал из группы I:material from group I:
HI: микрокремнезем, гранулированный суперпластификатором С-3 (органоминеральный модификатор типа МБ согласно [51];HI: silica fume granulated with C-3 superplasticizer (organomineral type MB modifier according to [51];
материал из группы II:material from group II:
НII: зола-унос тепловой электростанции состава: п.п.п.0,79; SiO2 30,45; Аl2О3 28,25; Fе2О3 13,01; CaO 3,23; MgO 1,59; Na2O 0,74; К2О 0,15; SO3 0,50; TiO2 1,29; примеси - остальное; S 280 м2/кг после предварительного домола;HII: fly ash of a thermal power plant of the composition: pp 0.79; SiO 2 30.45; Al 2 O 3 28.25; Fe 2 O 3 13.01; CaO 3.23; MgO 1.59; Na 2 O 0.74; K 2 O 0.15; SO 3 0.50; TiO 2 1.29; impurities - the rest; S 280 m 2 / kg after preliminary grinding;
материал из группы III:material from group III:
HIII: молотый керамзит S 300 м2/кг;HIII: ground expanded clay S 300 m 2 / kg;
материал из группы IV:material from group IV:
HIV: пыль клинкерообжигательных печей состава: п.п.п.34,38; SiO2 10,94; Аl2О3 3,36; Fе2O3 3,27; CaO 41,35; MgO 0,55; SO3 0,46; R2O 5,14, в том числе К2О 4,61 и Na2O 2,10; сумма 99,45, примеси - остальное, S 510 м2/кг;HIV: Clinker kiln dust composition: pp 34.38; SiO 2 10.94; Al 2 O 3 3.36; Fe 2 O 3 3.27; CaO 41.35; MgO 0.55; SO 3 0.46; R 2 O 5.14, including K 2 O 4.61 and Na 2 O 2.10; the sum of 99.45, impurities - the rest, S 510 m 2 / kg;
- в качестве добавок для бетонов в соответствии с [41], называемых также химическими добавками [14, 20, 39]:- as additives for concrete in accordance with [41], also called chemical additives [14, 20, 39]:
добавки группы I - пластифицирующие, или водоредуцирующие:Group I additives - plasticizing, or water-reducing:
IA: полиметиленполинафталинсульфонаты натрия (С-3) по [53];IA: sodium polymethylene polynaphthalene sulfonates (C-3) according to [53];
IБ: технические лигносульфонаты (ЛСТ) по [54];IB: technical lignosulfonates (LST) according to [54];
добавки группы II - водоудерживающие, или улучшающие перекачиваемость:group II additives - water retention, or improving pumpability:
IIА: карбоксиметилцеллюлоза согласно [41];IIA: carboxymethyl cellulose according to [41];
IIБ: полиоксиэтилен согласно [41];IIB: polyoxyethylene according to [41];
добавки группы III - замедлители схватывания:Group III additives - retarders:
IIIA: меласса согласно [41];IIIA: molasses according to [41];
IIIБ: кислота ортофосфорная по [55];IIIB: orthophosphoric acid according to [55];
добавки группы IV - добавки - ускорители схватывания и твердения:Group IV additives - additives - setting and hardening accelerators:
IVA: хлорид кальция, практически безводный (98%-ный) по [56];IVA: calcium chloride, almost anhydrous (98%) according to [56];
IVБ: хлорид алюминия шестиводный по [57];IVB: hexavod aluminum chloride according to [57];
IVB: сульфат натрия безводный - прокаленный, приготовленный из технического продукта по [58];IVB: anhydrous sodium sulfate - calcined, prepared from a technical product according to [58];
IVГ: смесь добавок IVA и IVB в мас. соотношении 1:1;IVG: a mixture of additives IVA and IVB in wt. 1: 1 ratio;
добавки группы V - кольматирующие поры:group V additives - clogging pores:
VA: сульфат алюминия безводный, полученный прокаливанием технического продукта по [59];VA: anhydrous aluminum sulfate obtained by calcining a technical product according to [59];
VB: сульфат железа по [60];VB: iron sulfate according to [60];
добавки группы VI - газообразующие:Group VI additives - gas-forming:
VIA: пудра алюминиевая по [61];VIA: aluminum powder according to [61];
VLB: пероксид водорода - водный раствор согласно [62];VLB: hydrogen peroxide - aqueous solution according to [62];
добавки группы VII - воздухововлекающие:Group VII additives - air entraining:
VIIA: смола древесная омыленная по [63] в форме 50%-ного водного раствора;VIIA: saponified wood resin according to [63] in the form of a 50% aqueous solution;
VIIB смола нейтрализованная воздухововлекающая согласно [64] в форме 40%-ного водного раствора;VIIB neutralized air-entraining resin according to [64] in the form of a 40% aqueous solution;
добавки группы VIII - противоморозные:Group VIII additives - antifrosty:
VIIIA - нитрит натрия согласно [41];VIIIA — sodium nitrite according to [41];
VIIIE - нитрит-нитрат-хлорид кальция согласно [41];VIIIE — nitrite-nitrate-calcium chloride according to [41];
добавки группы IX - гидрофобизирующие:Group IX additives - hydrophobic:
IXA: раствор высокомолекулярных жирных кислот (C18) в минеральном масле (ЛЗГФ) согласно [65]:IXA: a solution of high molecular weight fatty acids (C 18 ) in mineral oil (LHF) according to [65]:
IХБ: полигидросилоксан - жидкость 136-41 по [66];IHB: polyhydrosiloxane - liquid 136-41 according to [66];
- в качестве противоусадочных добавок (ПУД):- as anti-shrink additives (PUD):
на основе сульфата алюминия:based on aluminum sulfate:
ПУД1: смесь сульфата алюминия четырехводного и пептизирующего компонента в мас. соотношении 100:12, причем последний включает травитель - маннуроновую кислоту и пленкообразователь - стеарат кальция в мас. соотношении 1:1 (все ингредиенты - химреактивы);PUD1: a mixture of aluminum sulfate four-water and peptizing component in wt. a ratio of 100: 12, the latter comprising an etchant — mannuronic acid and a film former — calcium stearate in wt. 1: 1 ratio (all ingredients are chemicals);
на основе сульфоалюминатного клинкера:based on sulfoaluminate clinker:
ПУД2: смесь сульфоалюминатного клинкера и пептизирующего компонента в мас. соотношении 100: 5, причем первый (технический - по [67]) включает (в мас.%): сульфоалюминат кальция (4СаО· 3Аl2О3· SO3) 35, белит (2СаО· SiO2) 20, майенит (12СаО· 7Аl2О3) 3,5, моноалюминат кальция (СаО· Аl2О3) 15, ферриты кальция (2СаО· Fе2О3, СаО· Fе2O3) 5, сульфат кальция (CaSO4) 15, алюминаты и ферриты щелочных металлов [R(Al, Fe)O2] 1,5, оксид кальция (СаО) 5, а второй включает (в мас.%): маннитовый спирт 75; стеарат кальция 25 (два последних ингредиента - химреактивы);PUD2: a mixture of sulfoaluminate clinker and a peptizing component in wt. a ratio of 100: 5, the first (technical according to [67]) includes (in wt.%): calcium sulfoaluminate (4СаО · 3Аl 2 О 3 · SO 3 ) 35, white (2СаО · SiO 2 ) 20, mayenite (12СаО 7Al 2 O 3 ) 3,5, calcium monoaluminate (CaO · Al 2 O 3 ) 15, calcium ferrites (2CaO · Fe 2 O 3 , CaO · Fe 2 O 3 ) 5, calcium sulfate (CaSO 4 ) 15, aluminates and alkali metal ferrites [R (Al, Fe) O 2 ] 1.5, calcium oxide (CaO) 5, and the second includes (in wt.%): mannitol alcohol 75; calcium stearate 25 (the last two ingredients are chemicals);
ПУДЗ - аналог ПУД1, при мас. соотношении сульфата алюминия и пептизирующего компонента 100: 0,8; в последнем мас. соотношение маннуроновой кислоты и стеарата кальция 5:3;PUDZ - an analogue of PUD1, with wt. the ratio of aluminum sulfate and peptizing component 100: 0.8; in the last wt. the ratio of mannuronic acid and calcium stearate 5: 3;
ПУД4 - аналог ПУД1, при мас. соотношении сульфата алюминия и пептизирующего компонента 100:35; в последнем мас. соотношение маннуроновой кислоты и стеарата кальция 1:0,75;PUD4 - an analogue of PUD1, with wt. the ratio of aluminum sulfate and peptizing component 100: 35; in the last wt. the ratio of mannuronic acid and calcium stearate 1: 0.75;
- в качестве заполнителей:- as placeholders:
из группы I - заполнителей естественного (природного) происхождения:from group I - aggregates of natural (natural) origin:
MЗIA: мелкий заполнитель - песок кварцевый монофракционный по [68];MZIA: fine aggregate - monofraction quartz sand according to [68];
МЗIБ: мелкий заполнитель - песок кварцевый полифракционный по [68];MZIB: fine aggregate - quartz multifractional sand according to [68];
MЗIB: мелкий заполнитель - песок кварцевый фракции 1-5 мм, содержащий, в мас.%: кварц 97, полевые шпаты 2, темноцветные минералы - эпидот и другие примеси 1, при пустотности 38% по объему; соответствует требованиям [69];MZIB: fine aggregate - silica sand of a fraction of 1-5 mm, containing, in wt.%: Quartz 97, feldspars 2, dark-colored minerals - epidote and other impurities 1, with a voidness of 38% by volume; meets the requirements of [69];
KЗIA: крупный заполнитель - щебень гранитный фракции 5-20 мм, содержащий, в мас.%: гранит 95, кварцит 3, слюду и другие примеси 2, при пустотности 42% по объему; соответствует требованиям [70];KZIA: coarse aggregate - crushed stone of a granite fraction of 5-20 mm, containing, in wt.%: Granite 95, quartzite 3, mica and other impurities 2, with a voidness of 42% by volume; meets the requirements of [70];
КЗIБ: крупный заполнитель - щебень известковый фракции 5-15 мм, содержащий, в мас.%: кальцит 93, полевой шпат 3, доломит 2, песчаник и другие примеси 2, при пустотности 45% по объему; соответствует требованиям [70];KZIB: coarse aggregate - crushed stone of lime fraction 5-15 mm, containing, in wt.%: Calcite 93, feldspar 3, dolomite 2, sandstone and other impurities 2, with a voidness of 45% by volume; meets the requirements of [70];
из группы II - заполнителей искусственного происхождения:from group II - aggregates of artificial origin:
КЗIIА: перлитовый щебень по [71];KZIIA: perlite crushed stone according to [71];
КЗIIБ: пенопорит - вспененные автоклавные или неавтоклавные материалы, содержащие фрагменты и/или порошки газосиликата или пеносиликата или газобетона или пенобетона согласно [45]; в данном примере - куски пенобетона плотностью D500. прочностью в момент использования 1,5 МПа, фракция размером 3-10 мм, отделенная на ситах граничных размеров;KZIIB: foam foam - foamed autoclave or non-autoclave materials containing fragments and / or powders of gas silicate or foam silicate or aerated concrete or foam concrete according to [45]; in this example, pieces of foam concrete with a density of D500. strength at the time of use of 1.5 MPa, a fraction of size 3-10 mm, separated on sieves of boundary dimensions;
- в качестве воды затворения цементо-водной суспензии, растворной и бетонных смесей используют воду питьевую водопроводную, соответствующую требованиям [72].- as drinking water cement-slurry, mortar and concrete mixtures using drinking water tap water that meets the requirements [72].
Для помола и домола цементов и наполнителей, а также порошкообразных добавок для бетонов в лабораторных условиях используют мельницу МБЛ-1 диаметром × длиной (м) (⌀ × L) 0,5× 0,56, двухкамерную, периодического действия, футерованную чугунными бронеплитами, с размерами каждой камеры: длина 0,28 м, диаметр 0,5 м, частота вращения 48 мин-1, мощность привода 1,1 кВт, частота вращения двигателя 930 мин-1, мелющая загрузка на 1 камеру (при навеске материала 10 кг в каждую камеру): шары ⌀ 60 мм ок. 6 кг, ⌀ 50 мм ок. 8 кг, ⌀ 40 мм ок. 8 кг, ⌀ 30 мм ок. 8 кг, цильпебс ⌀ 20 мм × L 32 мм 25 кг, всего 55 кг. Перед взвешиванием материал, подлежащий помолу, дробят до фракции 1-2 мм в лабораторной щековой дробилке.For grinding and milling of cements and fillers, as well as powdery additives for concrete in laboratory conditions, an MBL-1 mill with a diameter × length (m) (⌀ × L) of 0.5 × 0.56 is used, two-chamber, of periodic action, lined with cast iron armored plates, with the dimensions of each chamber: length 0.28 m, diameter 0.5 m, rotation speed 48 min -1 , drive power 1.1 kW, engine speed 930 min -1 , grinding load on 1 chamber (with 10 kg of material) into each chamber): balls ⌀ 60 mm approx. 6 kg, ⌀ 50 mm approx. 8 kg, ⌀ 40 mm approx. 8 kg, ⌀ 30 mm approx. 8 kg, tsilpebs ⌀ 20 mm × L 32 mm 25 kg, total 55 kg. Before weighing, the material to be ground is crushed to a fraction of 1-2 mm in a laboratory jaw crusher.
При осуществлении способа согласно изобретению прочностные показатели образцов из затвердевшей цементо-водной суспензии определяют в образцах из цементного камня без добавок, из цементного камня с наполнителем, из цементо-песчаных стандартных растворов, получаемых путем введения в цементо-водную суспензию, полученную согласно изобретению стандартного песка, а также из бетонов, получаемых путем введения в указанную суспензию мелкого и крупного заполнителей в дополнительном лабораторном бетоносмесителе принудительного действия. Из цементо-водной суспензии без добавок, а также с добавками и наполнителями формуют и уплотняют на виброплощадке с частотой колебаний 50 Гц и механическим креплением форм образцы-кубики 1,41× 1,41× 1,41 см, из цементо-водной суспензии с дополнительно введенным стандартным песком по [73] формуют образцы-балочки, или призмы размерами 4× 4× 16 см. Указанные кубические и призматические образцы хранят в течение 24 ч в воздушно-влажных условиях - на воздухе при температуре 20±3° С и 100% относительной влажности, затем помещают в воду той же температуры и хранят до момента испытаний. Из цементо-водной суспензии с дополнительно введенными мелким и крупным заполнителями изготавливают образцы-кубы с ребром 10 см и хранят в упомянутых выше воздушно-влажных условиях. Все образцы испытывают после 3 и 28 суток нормального твердения, а в отдельных случаях подвергают тепловлажностной обработке (ТВО), режим которой указан в таблицах опытных данных, и испытывают через 4 ч после окончания ТВО и через 28 суток после их хранения в воздушно-влажных условиях.When implementing the method according to the invention, the strength characteristics of samples of hardened cement-water suspension are determined in samples of cement stone without additives, from cement stone with filler, from cement-sand standard solutions obtained by introducing standard sand into the cement-water suspension obtained according to the invention , as well as from concretes obtained by introducing fine and coarse aggregates into the specified suspension in an additional forced-action laboratory concrete mixer. From a cement-water suspension without additives, as well as with additives and fillers, molded and compacted on a vibrating platform with an oscillation frequency of 50 Hz and mechanical fastening of the molds, cubes 1.41 × 1.41 × 1.41 cm, from a cement-water suspension with additionally introduced standard sand according to [73] is used to form beam samples, or
В течение первых суток хранения в естественных или воздушно-влажных условиях для предотвращения испарения влаги с поверхности образцов форму покрывают тканью из грубого холста, смоченной водой. Для испытаний образцов применяют стандартный гидравлический пресс с самоустанавливающейся верхней плитой. Результаты испытаний образцов-кубов с ребром 10 см приводят к стандартному размеру образцов 15× 15× 15 см путем умножения полученного на прессе предельного значения сопротивления образцов сжимающему усилию на стандартный коэффициент 0,85.During the first days of storage in natural or air-humid conditions, to prevent evaporation of moisture from the surface of the samples, the mold is covered with a cloth made of coarse canvas moistened with water. To test the samples, a standard hydraulic press with a self-aligning top plate is used. The test results of the sample cubes with an edge of 10 cm lead to the standard size of the samples 15 × 15 × 15 cm by multiplying the maximum value of the compressive strength of the samples obtained in the press by a standard factor of 0.85.
Порядок осуществления изобретения в данном примере охарактеризован в разделе описания, относящемся к устройству для существления описываемого способа.The order of carrying out the invention in this example is described in the description section related to the device for the existence of the described method.
При необходимости использования наполнителей и химических добавок их вводят, как правило, во время барботирования, за исключением микрокремнезема, который вводят до начала барботирования; указанные добавки вводят также с водой затворения или во время введения цемента в смеситель.If it is necessary to use fillers and chemical additives, they are usually introduced during bubbling, with the exception of silica fume, which is introduced before bubbling; these additives are also introduced with mixing water or during the introduction of cement into the mixer.
Введение мелкого заполнителя в получаемую по способу согласно изобретению цементо-водную суспензию осуществляют при мас. соотношении (цемент): (мелкий заполнитель) не менее 1:1. Этим обеспечивается вязкость цементо-водной суспензии с заполнителем не более 1770 Па· с; при более высокой вязкости кавитация прекращается при приемлемых для стабильности процесса перемешивания значения других параметров и эффект изобретения снижается.The introduction of fine aggregate in obtained by the method according to the invention cement-aqueous suspension is carried out at wt. ratio (cement): (fine aggregate) at least 1: 1. This ensures the viscosity of the cement-water suspension with an aggregate of not more than 1770 Pa · s; at higher viscosities, cavitation ceases when other parameters are acceptable for the stability of the mixing process, and the effect of the invention is reduced.
Анализ данных электронной микроскопии образцов полученной суспензии свидетельствует, что указанная выше минимальная степень гидратации цемента (2,5 мас.% по критерию потерь при прокаливании - п.п.п.) в конце обработки сответствует наличию гидратных оболочек практически на всех без исключения частицах цемента, как крупных, так и мельчайших. Это - необходимый в условиях активации нижний порог, характеризующий достижение случайного распределения воды по поверхности частиц цемента, а именно распределения по Пуассону, что обеспечивает эффект Шестоперова и достижение положительных результатов при осуществлении изобретения по сравнению с уровнем техники. При отсутствии активации, когда происходит недостаточное усреднение гидратов, для достижения подобного результата требуется гораздо более высокий уровень степени начальной гидратации цемента: при k1 около 0,3, соответствующего известному из уровня техники перемешиванию компонентов цементо-водной суспензии [1], требуемая степень гидратации цемента, как следует из результатов электронно-микроскопического исследования, составляет примерно 8-10%, что достижимо только после 12 ч твердения, т.е. не может быть обеспечено при перемешивании без активации. При использовании высокоактивных или низкоалюминатных цементов, в которых начальные гидраты содержат больше портландита, чем в обыкновенном портландцементе, ситуация более благоприятна по сравнению с изложенным. В цементах с минеральными добавками, в частности, шлакопортландцементе и пуццолановом цементе гидратных новообразований меньше, чем в портландцементе, а снижение примерно пропорционально содержанию соответствующей минеральной добавки (шлака, природной пуццоланы), ситуация, напротив, менее благоприятна, в связи с чем требуемая степень гидратации клинкерного компонента возрастает, поэтому для решения задачи изобретения требуется повышенная удельная поверхность указанных цементов (более 400 м2/кг) по сравнению с обычным портландцементом (не менее 300-320 м2/кг).An analysis of electron microscopy data of the samples of the obtained suspension indicates that the minimum cement hydration indicated above (2.5 wt.% According to the criterion of loss on ignition — ppt) at the end of the treatment corresponds to the presence of hydrated shells on virtually all cement particles , both large and the smallest. This is the lower threshold necessary under the conditions of activation, which characterizes the achievement of a random distribution of water over the surface of cement particles, namely the Poisson distribution, which ensures the Shestoperov effect and the achievement of positive results when implementing the invention in comparison with the prior art. In the absence of activation, when there is insufficient averaging of hydrates, to achieve a similar result, a much higher level of initial cement hydration is required: at k 1 about 0.3, corresponding to mixing the components of a cement-water suspension known from the prior art [1], the required degree of hydration cement, as follows from the results of electron microscopy, is approximately 8-10%, which is achievable only after 12 hours of hardening, i.e. cannot be provided with stirring without activation. When using high-activity or low-aluminate cements, in which the initial hydrates contain more portlandite than in ordinary Portland cement, the situation is more favorable compared to the above. In cements with mineral additives, in particular, slag Portland cement and pozzolan cement, hydrate neoplasms are less than in Portland cement, and the decrease is approximately proportional to the content of the corresponding mineral additive (slag, natural pozzolana), the situation, on the contrary, is less favorable, and therefore the required degree of hydration clinker component increases, requiring an increased specific surface area of said cement (400 m2 / kg) compared with ordinary Portland cement to solve the problem of the invention (not less than 300-320 m 2 / kg).
Полученные цементо-водную суспензию, в частности, цементное тесто, можно смешивать также с готовыми сухими строительными смесями, имеющимися на рынке, чтобы повышать их прочность и скорость их твердения, обычно недостаточные для нормального применения.The resulting cement-water slurry, in particular cement paste, can also be mixed with ready-made dry building mixes available on the market in order to increase their strength and speed of their hardening, usually insufficient for normal use.
Основные области применения активированной цементо-водной суспензии согласно изобретению, как уже упоминалось, - в качестве инъекционного раствора для укрепления оснований и фундаментов, для заполнения буроинъекционных свай, укрепляющих стяжек, выравнивающих и изолирующих замазок, шпатлевок, и, кроме того, в качестве компонента обычных строительных растворов и бетонов после добавления в суспензию заполнителей и воды. В данном примере цементо-водную суспензию, полученную согласно изобретению, укладывают в формы для изготовления цементного камня, а после введения заполнителей и дополнительного количества воды (последней - при необходимости) - помещают полученные растворные и бетонные смеси в формы и обеспечивают их твердение в воздушно-влажных условиях для оценки технических свойств получаемых растворов и бетонов и сравнения их с известными из уровня техники.The main applications of the activated cement-water slurry according to the invention, as already mentioned, as an injection solution for strengthening foundations and foundations, for filling injection piles, reinforcing screeds, leveling and insulating putties, putties, and, in addition, as a component of conventional mortar and concrete after adding aggregates and water to the suspension. In this example, the cement-water suspension obtained according to the invention is placed in molds for the manufacture of cement stone, and after the introduction of aggregates and an additional amount of water (the latter, if necessary), the resulting mortar and concrete mixtures are placed in molds and cured in air wet conditions to assess the technical properties of the resulting mortars and concrete and compare them with known from the prior art.
Результаты испытаний материалов, приготовленных в ряде серий опытов при осуществлении способа получения цементо-водной суспензии согласно изобретению, приготовления на ее основе растворной и бетонных смесей, а также полученных при их твердении цементного камня, строительных растворов и бетонов, представлены в таблицах 1 и 2.The test results of materials prepared in a number of series of experiments in the implementation of the method for producing a cement-water suspension according to the invention, preparation of mortar and concrete mixtures based on it, as well as cement stone, mortar and concrete obtained during their hardening, are presented in tables 1 and 2.
Составы цементо-водной суспензии, полученной согласно изобретению, составы изготовленных на их основе растворных и бетонных смесей, использованные в опытах, а также значения числа кавитации, характеризующие активацию при их перемешивании, приведены в таблице 1. Следует учитывать, что повышение числа кавитации означает снижение интенсивности кавитационного воздействия на цементо-водную суспензию.The compositions of the cement-water suspension obtained according to the invention, the compositions of mortar and concrete mixtures made on their basis, used in the experiments, as well as the values of the cavitation number characterizing activation when they are mixed, are shown in table 1. It should be noted that an increase in the number of cavitation means a decrease the intensity of cavitation effects on the cement-water suspension.
Результаты испытаний образцов, полученных при твердении указанной суспензии и продуктов на ее основе, результаты испытаний аналогичных материалов, полученных согласно прототипу, а также по технологии, известной из уровня техники, с добавлением таких параметров их изготовления, которые позволяют рассчитать число кавитации при перемешивании по способу согласно изобретению, приведены в таблице 2.The test results of samples obtained by hardening the specified suspension and products based on it, the test results of similar materials obtained according to the prototype, as well as according to the technology known from the prior art, with the addition of such parameters of their manufacture that allow you to calculate the number of cavitation with stirring by the method according to the invention are shown in table 2.
Анализ приведенных данных позволяет заключить следующее.An analysis of the data presented allows us to conclude the following.
1. Продукты, полученные на основе цементо-водной суспензии, изготовленной по способу согласно изобретению, а именно цементный камень, строительный раствор и бетон, характеризуются более высокой прочностью в 28-суточном возрасте, в 3-суточном возрасте (т.е. большей скоростью нарастания прочности), а также пониженной усадкой по сравнению с аналогичными продуктами, полученными по способу согласно прототипу и известному из уровня техники. Это следует, в частности, из сравнения данных, приведенных в таблице 2, в строках 1-3 (известны из уровня техники), 4-6 (получены согласно прототипу) и в строках 7 и 31 (согласно изобретению).1. Products obtained on the basis of a cement-water slurry made by the method according to the invention, namely cement stone, mortar and concrete, are characterized by higher strength at 28 days of age, at 3 days of age (ie, higher speed increase in strength), as well as reduced shrinkage compared to similar products obtained by the method according to the prototype and known from the prior art. This follows, in particular, from a comparison of the data given in table 2, in lines 1-3 (known from the prior art), 4-6 (obtained according to the prototype) and in lines 7 and 31 (according to the invention).
2. Сравнение данных в строках 7-29 таблицы 2 между собой свидетельствует, что: а) цементы различных видов в составе указанной суспензии ведут себя в соответствии со своими свойствами, известными из уровня техники, причем цемент низкой водопотребности активируется эффективнее остальных; б) аналогичное поведение характерно и для наполнителей, и для добавок. Отсюда видно, что активация по способу согласно изобретению не изменяет сравнительной оценки цементов, наполнителей и добавок между собой и не изменяет их функционального назначения.2. A comparison of the data in rows 7-29 of table 2 among themselves indicates that: a) cements of various types in the composition of the specified suspension behave in accordance with their properties known from the prior art, and the cement of low water demand is activated more effectively than others; b) a similar behavior is typical for fillers and additives. From this it can be seen that activation by the method according to the invention does not change the comparative evaluation of cements, fillers and additives between each other and does not change their functional purpose.
3. Активация цементо-водной суспензии согласно изобретению в целом повышает прочностные показатели материалов примерно на 5-10 МПа, т.е. в ряде случаев - на марку или на класс; больший эффект характерен преимущественно для цемента низкой водопотребности.3. The activation of the cement-water slurry according to the invention as a whole increases the strength characteristics of materials by about 5-10 MPa, i.e. in some cases - by brand or class; a greater effect is characteristic mainly for cement of low water demand.
4. Активация цементо-водной суспензии согласно изобретению позволяет заменить в бетоне, получаемой на основе указанной суспензии, часть гранитного заполнителя известковым без потери прочности (ср. строки 31 и 32 в таблице 2), притом с увеличением содержания песка в бетоне (см. строку 33 в той же таблице).4. The activation of the cement-water slurry according to the invention makes it possible to replace in the concrete obtained on the basis of said slurry a part of the granite aggregate with lime without loss of strength (cf. lines 31 and 32 in table 2), moreover, with an increase in the sand content in concrete (see line 33 in the same table).
5. Режим активации, принятый в таблице 1 за основу, фактически наиболее применим. Его достоинства - стабильная работа оборудования, сравнительно высокое качество материалов, получаемых с его использованием, что следует из данных, представленных в строках 7-29 таблицы 2. К этому следует добавить, что коэффициент вариации прочности в 28-суточном возрасте на 2-3% меньше у продуктов на основе цементо-водной суспензии согласно изобретению (строки 11-25, 27, 30-34) по сравнению с продуктами по прототипу (строки 5 и 6) и с продуктами, известными из уровня техники (строки 2 и 3, все - таблицы 2). Это, как известно, повышает надежность материалов, полученных с использованием способа согласно изобретению и их конкурентоспособность, и, кроме того, повышает перспективность способа для широкого внедрения.5. The activation mode, adopted in table 1 as a basis, is actually the most applicable. Its advantages are the stable operation of the equipment, the relatively high quality of the materials obtained with its use, which follows from the data presented in rows 7-29 of table 2. To this it should be added that the coefficient of variation in strength at 28 days of age is 2-3% fewer products based on cement-water suspension according to the invention (lines 11-25, 27, 30-34) compared with products of the prototype (lines 5 and 6) and with products known from the prior art (lines 2 and 3, all - table 2). This, as you know, increases the reliability of materials obtained using the method according to the invention and their competitiveness, and, in addition, increases the prospects of the method for widespread implementation.
Другие режимы активации, в частности, связанные с более существенным повышением или понижением числа кавитации φ , вызванным изменениями параметров поля центробежных сил и поддува сжатым воздухом при обработке указанной суспензии, по сравнению с режимом, представленным в виде диапазона чисел активации в таблице 1, как следует из приведенных в таблице 2 данных (строки 42-44), не приводят к коренному изменению качества получаемых материалов, хотя по крайней мере один из таких режимов с пониженным числом кавитации (строка 43) дает несколько лучшие результаты по сравнению с режимом-аналогом (строка 7). Отметим, что изменения параметров активации в пределах, изложенных в тексте описания формулы (1), повышают качество материалов преимущественно в сочетаниях, приводящих к понижению числа активации. При выходе за упомянутые пределы, если это технически осуществимо, эффект изобретения не гарантирован, поскольку способ может оказаться нетехнологичным. А стабильность режима внутри упомянутых пределов гарантируется опытом устойчивой работы соответствующего оборудования, что обеспечивает технологичность активации и является одним из главных достоинств способа согласно изобретению.Other activation modes, in particular, associated with a more significant increase or decrease in the number of cavitation φ caused by changes in the parameters of the field of centrifugal forces and blowing with compressed air during processing of this suspension, compared with the mode presented in the form of a range of activation numbers in table 1, as follows from the data in table 2 (lines 42-44), do not lead to a radical change in the quality of the materials obtained, although at least one of these modes with a reduced cavitation number (line 43) gives somewhat better e results in comparison with the analog mode (line 7). It should be noted that changes in the activation parameters within the limits set forth in the text of the description of formula (1) increase the quality of materials mainly in combinations leading to a decrease in the number of activation. If you go beyond the mentioned limits, if it is technically feasible, the effect of the invention is not guaranteed, since the method may turn out to be low-tech. And the stability of the regime within the mentioned limits is guaranteed by the experience of the stable operation of the corresponding equipment, which ensures the manufacturability of activation and is one of the main advantages of the method according to the invention.
Касаясь особенностей технологического режима активации по способу согласно изобретению, следует отметить, что изменения Δ Р и Δ Н взаимно компенсируемы, что следует из данных, представленных в строках 42-44 таблицы 2; это касается также частоты и радиуса поля центробежных сил. При назначении параметров обработки следует учитывать, что высокая плотность суспензии сама по себе повышает эффект кавитации, поэтому интенсивность воздействия на такую суспензию парадоксальным образом повышать не обязательно.Regarding the features of the technological activation mode according to the method according to the invention, it should be noted that the changes Δ P and Δ H are mutually compensated, which follows from the data presented in lines 42-44 of table 2; this also applies to the frequency and radius of the field of centrifugal forces. When assigning processing parameters, it should be borne in mind that the high density of the suspension itself increases the effect of cavitation, therefore, the intensity of exposure to such a suspension paradoxically does not need to be increased.
Следует отметить также, что данные, относящиеся к суспензии, полученной по способу согласно изобретению на основе исходных компонентов, упомянутых в описании, но отсутствующих в таблицах, позволяют заключить, что эффект изобретения достижим в примерно равной мере и при их использовании. Особо следует упомянуть товарные сухие смеси, имеющиеся на рынке и обычно характеризующиеся малым или недостаточным содержанием вяжущего вещества. Использование таких смесей в качестве наполнителей суспензии согласно изобретению, что соответствует повышению содержания в них цемента перед применением в дело, позволяет существенно повысить их технический эффект. Важное значение имеет также улучшение по сравнению с уровнем техники использования в бетонах и растворах на основе указанной суспензии по способу согласно изобретению мелких песков, в том числе заиленных, в последнее время широкого распространившихся в реках с зарегулированным почти до остановки течением, таких как Волга, и барханных песков, содержащих до 30 мас.%, иногда более, лессовой фракции. В ряде регионов страны другие пески трудно доступны. Именно для таких мест существенен тот факт, что на указанных мелких, загрязненных песках способ согласно изобретению позволяет получать строительные растворы и бетоны, соответствующие всем требованиям стандартов.It should also be noted that the data relating to the suspension obtained by the method according to the invention on the basis of the starting components mentioned in the description, but not listed in the tables, allow us to conclude that the effect of the invention is achievable approximately equally when using them. Particular mention should be made of marketed dry mixes available on the market and usually characterized by a low or insufficient binder content. The use of such mixtures as fillers for the suspension according to the invention, which corresponds to an increase in the content of cement in them before being put into use, can significantly increase their technical effect. An improvement in comparison with the prior art for use in concretes and mortars based on this suspension by the method according to the invention of fine sands, including silted sand, which has recently spread widely in rivers with a flow regulated almost to a stop, such as the Volga, is also important. sand dunes containing up to 30 wt.%, sometimes more, of the loess fraction. In some regions of the country, other sands are difficult to access. It is for such places that the fact that on these fine, contaminated sands, the method according to the invention allows to obtain mortars and concrete that meets all the requirements of the standards.
В целом полученные данные свидетельствуют, что способ получения цементо-водной суспензии и материалов на ее основе - цементного камня, строительного раствора и бетонов в целом позволяет существенно улучшить их строительно-технические свойства и снизить коэффициент их вариации по сравнению как с прототипом, так и с уровнем техники.In general, the data obtained indicate that the method of obtaining a cement-water slurry and materials based on it - cement stone, mortar and concrete as a whole allows to significantly improve their construction and technical properties and reduce the coefficient of variation in comparison with both the prototype and prior art.
Таким образом, первая цель изобретения - создание способа получения цементо-водной суспензии, существенно превышающей по своим свойствам характеристики аналогичных материалов, известных из уровня техники, в частности, по их прочности и однородности - достигнута. Приведенные характеристики позволяют использовать способ согласно изобретению как весьма эффективный, но для повышения однородности и соответственно качества указанных материалов целесообразно, кроме того, осуществление указанного способа в соответствующем ему устройстве, обеспечивающем надлежащие условия приготовления указанных материалов.Thus, the first objective of the invention is the creation of a method for producing a cement-water suspension, significantly exceeding in their properties the characteristics of similar materials known from the prior art, in particular, their strength and uniformity - achieved. The above characteristics make it possible to use the method according to the invention as very effective, but in order to increase the homogeneity and, accordingly, the quality of these materials, it is advisable, moreover, the implementation of the specified method in the corresponding device, providing the proper conditions for the preparation of these materials.
Задачу перемешивания цемента с водой и заполнителями решали на протяжении XIX и XX веков посредством различных смесителей, среди которых наиболее производительным был смеситель так называемого гравитационного типа, представляющий собой цилиндрический корпус с бандажами, опертыми на роликоопоры, приводимый во вращение посредством венцовой шестерни, с внутренней камерой, оборудованной по периметру лопастями, расположенными на винтовых линиях (Фредерик Рансом, Англия, 1885 г.). Хотя этот смеситель, в варианте с коническими оконечностями цилиндра, установленный на автошасси, и поныне широко применяют, однородность перемешивания указанных исходных компонентов оставляет желать лучшего, поскольку коэффициент вариации качества смеси составляет 15%.The problem of mixing cement with water and aggregates was solved during the 19th and 20th centuries using various mixers, among which the most productive was the so-called gravitational type mixer, which is a cylindrical body with bandages supported on roller bearings, driven into rotation by a ring gear, with an internal chamber equipped around the perimeter with blades located on helical lines (Frederick Ransom, England, 1885). Although this mixer, in the variant with the conical ends of the cylinder mounted on the chassis, is still widely used, the uniformity of mixing of these initial components leaves much to be desired, since the coefficient of variation in the quality of the mixture is 15%.
Из уровня техники известны более эффективные устройства для перемешивания, представляющие собой аппараты с мешалками, состоящими из корпуса, вала с приводом и установленной на валу мешалки, помещенной в расположенной внутри корпуса рабочей камере, куда загружают исходные компоненты смесей [76]. Многочисленные варианты смесителей для всех отраслей техники, описанные в цитированной работе, как правило, не пригодны для смесей с высокой когезией к стенкам корпуса, возрастающей по мере приближения смесей к однородности и в течение процесса перемешивания, что характерно для цементо-водной суспензии по мере ее приближения к началу схватывания. Разбавление цемента наполнителями, а суспензии в целом - заполнителями уменьшает удельную величину когезионной силы, то есть силы, приходящейся на единицу поверхности корпуса смесителя, и снижают скорость ее нарастания во времени, однако кинетика ее изменения остается прежней и требует специальных конструктивных изменений в смесителе.More effective mixing devices are known from the prior art, which are apparatuses with agitators consisting of a housing, a drive shaft and an agitator mounted on the shaft, placed in a working chamber located inside the housing, where the initial components of the mixtures are loaded [76]. The numerous variants of mixers for all branches of technology described in the cited work are usually not suitable for mixtures with high cohesion to the walls of the body, which increases as the mixtures approach homogeneity and during the mixing process, which is typical for a cement-water suspension as it approaching the start of setting. Dilution of cement with fillers, and suspension in general with fillers, reduces the specific value of the cohesive force, that is, the force per unit surface of the mixer body, and reduces its rate of increase over time, however, the kinetics of its change remains the same and requires special design changes in the mixer.
В промышленности строительных материалов известны различные устройства для приготовления бетонных и растворных смесей, в том числе и для цементо-водных суспензий. Известные устройства, выполняемые обычно в виде быстроходных смесителей указанного назначения, как правило, имеют вертикальные одно- или двухопорные приводные валы, на которых смонтированы роторные рабочие органы с перемешивающими лопастями [77].In the building materials industry, various devices are known for the preparation of concrete and mortar mixtures, including cement-water suspensions. Known devices, usually made in the form of high-speed mixers for this purpose, as a rule, have vertical one- or two-support drive shafts on which rotary working bodies with mixing blades are mounted [77].
Указанные смесительные устройства предназначены для одностадийного получения указанных материалов и не могут быть использованы для активации цемента в составе цементо-водной суспензии. Кроме того, их эксплуатация достаточно трудоемка при ограниченном ресурсе работы.These mixing devices are designed for one-stage production of these materials and cannot be used to activate cement in the composition of a cement-water suspension. In addition, their operation is quite laborious with a limited resource of work.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения (прототипом) по технической сущности и достигаемому результату является устройство, выполненное в виде смесителя для получения цементо-водной суспензии, содержащего размещенную в цилиндрической камере мешалку, включающую ротор открытой турбины с радиально-дуговыми лопатками на диске, обращенном к днищу камеры смесителя и консольно закрепленном на вертикальном валу, расположенном в центральном отверстии днища с кольцевым зазором, а также содержащего нижний привод вала, люк для подачи исходных компонентов и разгрузочный патрубок с затвором [78].The closest analogue of the present invention (prototype) in technical essence and the achieved result is a device made in the form of a mixer for producing a cement-water suspension containing a stirrer placed in a cylindrical chamber, including an open turbine rotor with radial-arc vanes on a disk facing the bottom mixer chamber and cantilever mounted on a vertical shaft located in the Central hole of the bottom with an annular gap, as well as containing a lower drive shaft, a hatch for feeding and similar components and discharge nozzle with shutter [78].
Главным его недостатком является непригодность для неразбавленной заполнителем цементо-водной суспензии. Рабочая камера данного смесителя быстро зарастает продуктами начальной гидратации цемента и продукт перемешивания невозможно полностью выгрузить из рабочей камеры, а чистка последней существенно снижает производительность смесителя, повышает долю ручного труда и стоимость обслуживания аппарата. Кроме того, вал данного смесителя невозможно изолировать от проникания через неплотности жидкой фазы суспензии, что в течение недолгого времени вызовет необходимость его замены и, следовательно, частые ремонты. Эти особенности привели к отсутствию широкого внедрения данного технического решения в стройиндустрию и строительное дело в целом даже в качестве смесителя для более толерантных к смесителям строительных растворов. Следует особо отметить, что до настоящего времени в упомянутых отраслях техники отсутствуют устойчиво работающие смесители для концентрированных цементо-водных суспензий с В/Ц в пределах 0,22-0,6. Именно поэтому подобные суспензии, в которых нуждаются многие области строительства, до настоящего времени используют только в лабораторных условиях.Its main disadvantage is unsuitability for cement-water suspension undiluted with aggregate. The working chamber of this mixer quickly overgrows with the products of initial cement hydration and the mixing product cannot be completely unloaded from the working chamber, and cleaning the latter significantly reduces the performance of the mixer, increases the proportion of manual labor and the cost of servicing the apparatus. In addition, the shaft of this mixer cannot be isolated from penetration through the leaks of the liquid phase of the suspension, which for a short time will necessitate its replacement and, therefore, frequent repairs. These features led to the lack of widespread implementation of this technical solution in the construction industry and the construction industry as a whole, even as a mixer for more mortar-tolerant mortars. It should be especially noted that to date in the mentioned branches of technology there are no stable working mixers for concentrated cement-water suspensions with W / C in the range 0.22-0.6. That is why such suspensions, which are needed in many areas of construction, are still used only in laboratory conditions.
Задачей изобретения в части смесителя является обеспечение в последнем физико-механической активации цемента, а также повышение стабильности работы оборудования.The objective of the invention in terms of the mixer is to provide in the last physico-mechanical activation of cement, as well as improving the stability of the equipment.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, выполненном в виде смесителя для получения цементо-водной суспензии, содержащего размещенную в цилиндрической камере мешалку, включающую ротор открытой турбины с радиально-дуговым и лопатками на диске, обращенном к днищу камеры смесителя и консольно закрепленном на вертикальном валу, расположенном в центральном отверстии днища с кольцевым зазором, а также содержащего нижний привод вала, люк для подачи исходных компонентов и разгрузочный патрубок с затвором, днище камеры снабжено сальниковой коробкой с уплотнением для вала, полость которой выполнена сообщающейся с рабочим пространством камеры посредством кольцевого зазора, при этом отношение площадей поперечных сечений в свету камеры и кольцевого зазора составляет 1100-325000, сальниковая коробка снабжена штуцером для подачи сжатого воздуха в ее полость, а разгрузочный патрубок соединен с камерой тангенциально.The problem is solved in that in a device made in the form of a mixer for producing a cement-water suspension containing a stirrer located in a cylindrical chamber, including an open turbine rotor with a radial arc and vanes on a disk facing the bottom of the mixer chamber and cantilever mounted on a vertical a shaft located in the Central hole of the bottom with an annular gap, and also containing a lower drive shaft, a hatch for supplying the source components and a discharge pipe with a shutter, the bottom of the chamber is equipped with grease a box with a seal for the shaft, the cavity of which is made in communication with the working space of the chamber by means of an annular gap, while the ratio of the cross-sectional areas in the light of the chamber and the annular gap is 1100-325000, the stuffing box is equipped with a fitting for supplying compressed air to its cavity, and the discharge the pipe is tangentially connected to the camera.
В варианте изобретения люк снабжен загрузочным патрубком, выполненным в виде обратного конуса, расположенного в камере соосно с мешалкой, при этом нижний обрез конуса отстоит от верхнего края камеры на расстоянии, равном 1/3-1/2 высоты последней.In an embodiment of the invention, the hatch is equipped with a loading nozzle made in the form of a return cone located in the chamber coaxially with the mixer, while the lower edge of the cone is spaced from the upper edge of the chamber at a distance equal to 1 / 3-1 / 2 of the height of the latter.
Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что указанный смеситель впервые обеспечивает перемешивание цементо-водной суспензии в производственных условиях благодаря значительному эффекту интенсифицированной поддувом кавитации, совмещенной с перемешиванием обрабатываемого материала в турбинной мешалке. Поддув, кроме того, не только препятствует прониканию суспензии в картер и связанному с этим перерыву в работе, а в дальнейшем и выходу смесителя из строя, но также устраняет вакуум в кавитационных кавернах суспензий. Насосный эффект мешалки, полнота обработки суспензии во всем объеме камеры смесителя и повышенное содержание гелей в измененном поддувом фазовом составе продуктов начального взаимодействия цемента с водой препятствуют обрастанию последними стенок камеры смесителя, обеспечивают полноту его разгрузки после каждого замеса, равную 100%, и быстроту процесса разгрузки суспензии, по своей длительности не превышающего 5-20 с, а чаще - 5 с. Все эти особенности смесителя представляют основную совокупность признаков его новизны.The essence of the invention in terms of the device consists in the fact that the specified mixer for the first time provides the mixing of a cement-water suspension under production conditions due to the significant effect of the intensified injection of cavitation, combined with the mixing of the processed material in a turbine mixer. The blowing, in addition, not only prevents the suspension from penetrating into the crankcase and the interruption in operation associated with this, and subsequently the mixer failure, but also eliminates the vacuum in the cavitation cavities of the suspensions. The pump effect of the mixer, the completeness of processing the suspension in the entire volume of the mixer chamber and the increased gel content in the modified blowing phase composition of the products of the initial interaction of cement with water prevent the last walls of the mixer chamber from fouling, ensure that it is unloaded after each kneading, equal to 100%, and the speed of the unloading process suspension, in its duration not exceeding 5-20 s, and more often - 5 s. All these features of the mixer represent the main set of features of its novelty.
Другой признак новизны смесителя касается соотношения площадей поперечных сечений его цилиндрической рабочей камеры и площади упомянутого кольцевого зазора между валом и отверстием в днище рабочей камеры, использованного для поддува. Указанные пределы соотношения обусловлены следующими соображениями, проверенными на полупроизводственных смесителях.Another sign of the novelty of the mixer relates to the ratio of the cross-sectional areas of its cylindrical working chamber and the area of said annular gap between the shaft and the hole in the bottom of the working chamber used for blowing. The indicated limits of the ratio are due to the following considerations tested on semi-production mixers.
Исходные данные принимаем следующие:The initial data is as follows:
- размеры зазора: от 0,05 см до 0,5 см; тогда при диаметре вала 1 см площадь s0 кольцевого сечения зазора может быть принята примерно равной от 0,25 см2 до 2,5 см2;- gap sizes: from 0.05 cm to 0.5 cm; then with a shaft diameter of 1 cm, the area s 0 of the annular cross-section of the gap can be taken to be approximately equal to 0.25 cm 2 to 2.5 cm 2 ;
- максимальный радиус камеры смесителя 1,6 м =160 см (больше оптимума, принятого в обозначениях формулы (1), упомянутого выше и равного 1,2 м), что соответствует площади круга поперечного сечения камеры S0 80384 см2;- the maximum radius of the mixer chamber 1.6 m = 160 cm (more than the optimum adopted in the notation of formula (1) mentioned above and equal to 1.2 m), which corresponds to the circle cross-sectional area of the chamber S 0 80384 cm 2 ;
- средний диаметр капель водяного тумана, образуемого в смесителе при поддуве, 1 мкм; это примерно соответствует средним размерам капель в промышленных туманах, зародышами которых служит неоседающая пыль, размер которой в составе цемента находится в пределах от 0,3 до 2 мкм [78];- the average diameter of the droplets of water fog formed in the mixer by blowing, 1 μm; this approximately corresponds to the average droplet size in industrial fogs, the nuclei of which are non-settling dust, the size of which in the composition of cement is in the range from 0.3 to 2 microns [78];
- вязкость воздуха ν =18,11· 10-6/дм3 при 20° С;- air viscosity ν = 18.11 · 10 -6 / dm 3 at 20 ° C;
- плотность воздуха γ 0=1,3 г/дм3 при 20° С;- air density γ 0 = 1.3 g / dm 3 at 20 ° C;
- плотность воды γ =1000 г/дм3 при 20° С;- water density γ = 1000 g / dm 3 at 20 ° C;
- расход воздуха на поддув 0,06 м3/мин =60000 см3/мин =1000 см3/с;- air flow rate for blowing 0.06 m 3 / min = 60,000 cm 3 / min = 1000 cm 3 / s;
Определяем скорость воздуха в сечении зазора по формуле:We determine the air velocity in the gap section by the formula:
w=v/s0=1000:0,25=4000 см/с (максимум) или 1000:2,5=400 см/с;w = v / s 0 = 1000: 0.25 = 4000 cm / s (maximum) or 1000: 2.5 = 400 cm / s;
эти значения соответствуют вдуванию всего лишь 0,1 л воздуха на каждый оборот мешалки.these values correspond to blowing only 0.1 l of air for each revolution of the mixer.
Запишем для прямоточного совместного течения воздуха и капель тумана над перемешиваемой суспензией формулу критерия Федорова и вычислим его значение:We write the formula of the Fedorov criterion for the direct-flow joint flow of air and droplets of fog over the stirred suspension and calculate its value:
Значение критерия Рейнольдса для указанного течения составляет:The value of the Reynolds criterion for the specified flow is:
Значение скорости витания капель в указанном течении рассчитывают по формуле:The value of the rate of droplet dropping in the indicated flow is calculated by the formula
откудаwhere from
wв=7,97· 10-3· 18,1· 10-6/(1· 10-6)=0,144 м/с =14,4 см/с.w in = 7.97 · 10 -3 · 18.1 · 10 -6 / (1 · 10 -6 ) = 0.144 m / s = 14.4 cm / s.
Скорость поддуваемого воздуха в сечении So рабочей камеры смесителя при указанном расходе должна быть ниже скорости витания капель. Она составляет для максимального и минимального радиусов камеры 1,6 и 0,3 м:The speed of the blown air in section S o of the working chamber of the mixer at the indicated flow rate should be lower than the rate of droplet dropping. It amounts to 1.6 and 0.3 m for the maximum and minimum radii of the chamber:
vpк1=v/S0=v/(π Rmax 2)=1000/80384=0,012 см/с;v pк1 = v / S 0 = v / (π R max 2 ) = 1000/80384 = 0.012 cm / s;
vpк2=v/S0=v/(π Rmin 2)=1000/2826=0,35 см/с.v pk2 = v / S 0 = v / (π R min 2 ) = 1000/2826 = 0.35 cm / s.
Кроме скорости витания по формуле (2), необходимо дополнительно учесть составляющую скорости воздуха, связанную с ускорением, обусловленным схлопыванием открывающихся в верхнем наружном слое перемешиваемой суспензии кавитационных каверн и ускоренным выходом из них воздуха, поскольку в образующийся в этом слое каверны воздух не засасывается, а поступает из поддува. Дополнительная составляющая принимается в виде коэффициента пропорциональности Кк, обратного числу кавитации, с поправкой k2=0,5 из формулы (1). Кроме того, следует учесть, что мгновенная площадь горизонтального поперечного сечения схлопывающихся каверн на поверхности слоя суспензии существенно - примерно в 100 раз - меньше общей площади поперечного сечения рабочей камеры, и соответствующая поправка k3 по экспериментальным данным составляет 0,01. Поэтому для оценки критической скорости vk движения брызг используют соотношение, основанное на формуле (1):In addition to the soaring speed according to formula (2), it is necessary to additionally take into account the air velocity component associated with the acceleration due to the collapse of the cavitation cavities that open in the upper outer layer of the stirred suspension and the accelerated release of air from them, since air is not drawn into the cavity formed in this layer, and comes from blowing. The additional component is taken in the form of a proportionality coefficient K k , the reciprocal of the cavitation number, with the correction k 2 = 0.5 from formula (1). In addition, it should be noted that the instantaneous horizontal cross-sectional area of collapsing caverns on the surface of the suspension layer is substantially - approximately 100 times - less than the total cross-sectional area of the working chamber, and the corresponding correction k 3 according to experimental data is 0.01. Therefore, to estimate the critical velocity v k of the spray movement, a relation based on formula (1) is used:
В данном случае в качестве оценки для φ берут при Rmax=1,6 м значение из строки 43 таблицы 3 φ 1=0,84· 10-3; при Rmin=0,3 м - среднее значение величин, взятых из столбца 10 таблицы 1, равное φ 2=2,14. Тогда по формуле (3) получаем соответственно:In this case, as an estimate for φ, take at R max = 1.6 m the value from row 43 of table 3 φ 1 = 0.84 · 10 -3 ; when R min = 0.3 m - the average value of the values taken from column 10 of table 1, equal to φ 2 = 2.14. Then by the formula (3) we obtain respectively:
vк1=vpк1· (k2k3/φ 1)=0,012· 0,5· 0,01/(0,84· 10-3)=0,071 м/с =7,1 см/с;v k1 = v pk1 · (k 2 k 3 / φ 1 ) = 0.012 · 0.5 · 0.01 / (0.84 · 10 −3 ) = 0.071 m / s = 7.1 cm / s;
vк2=vpк2· (k2k3/φ 2)=0,35· 0,5· 0,01/(2,14· 10-3)=0,818 м/с =81,8 см/с.v k2 = v pk2 · (k 2 k 3 / φ 2 ) = 0.35 · 0.5 · 0.01 / (2.14 · 10 -3 ) = 0.818 m / s = 81.8 cm / s.
Именно для последнего варианта - при минимальном радиусе корпуса - необходим отсекатель брызг в виде обратного конуса, расположенного в камере соосно с мешалкой, при этом нижний обрез конуса отстоит от верхнего края камеры на расстоянии, равном 1/3-1/2 высоты последней, чтобы дать возможность испариться в полете хотя бы части брызг. Обычно таким отсекателем снабжают все модификации смесителя в качестве гарантии от брызг при большей частоте вращения n по сравнению с оптимальными пределами, приведенными выше, чтобы перемешивать цементно-водные суспензии в тех случаях, когда используют цемент с особо высокой удельной поверхностью - выше 1000 м2/кг по методу воздухопроницаемости, или выше 500 м2/кг по методу низкотемпературной адсорбции азота согласно Брунауэру - Эмметту - Теллеру (БЭТ). Кроме того, конус формирует возвратное течение суспензии из внешнего слоя, образуемого центробежной силой мешалки, в центральную часть последней, при наличии в суспензии мелкого заполнителя, усиливающего инерционную составляющую. В этом случае брызг образуется меньше, а для формирования упомянутого возвратного течения расстояние между верхним краем камеры и нижним обрезом конуса устанавливают в пределах 1/3-1/2 высоты камеры.It is for the latter option — with a minimum radius of the body — that a spray cut-off in the form of a reverse cone located in the chamber coaxially with the mixer is required, while the lower edge of the cone is separated from the upper edge of the chamber by a distance equal to 1 / 3-1 / 2 of the height of the latter, so that allow at least part of the spray to evaporate in flight. Usually, all modifications of the mixer are supplied with such a cutter as a guarantee against splashes at a higher rotational speed n compared to the optimal limits given above, in order to mix cement-water suspensions in cases where cement with an especially high specific surface is used - above 1000 m 2 / kg by the method of breathability, or above 500 m 2 / kg by the method of low-temperature nitrogen adsorption according to Brunauer-Emmett-Teller (BET). In addition, the cone forms the return flow of the suspension from the outer layer, formed by the centrifugal force of the mixer, to the central part of the latter, in the presence of a fine aggregate in the suspension, enhancing the inertial component. In this case, less spray is formed, and for the formation of said return flow, the distance between the upper edge of the chamber and the lower edge of the cone is set within 1 / 3-1 / 2 of the height of the chamber.
Изложенное свидетельствует, что фактическое соотношение А между величиной S0, изменяющейся в пределах от 0,25 см2 до 2,5 см2, и величиной S0, изменяющейся в пределах от 2826 см2 до 80384 см2, гарантирующее отсутствие брызг, находится в пределах от 2826/2,5=1130 до 80384/0,25=321536, или примерно от 1100 до 325000.The foregoing indicates that the actual ratio A between the value of S 0 , varying from 0.25 cm 2 to 2.5 cm 2 , and the value of S 0 , varying from 2826 cm 2 to 80384 cm 2 , which guarantees the absence of splashes, is ranging from 2826 / 2.5 = 1130 to 80384 / 0.25 = 321536, or from about 1100 to 325000.
Максимум А ограничивается снижением числа кавитации до минимума φ =0,6· 10-4, ниже которого начинается быстрый рост воздухосодержания в цементо-водной суспензии, снижающий эффект изобретения. Так, при φ =0,5· 10-4, достигаемом при пробном режиме на смесителе с R=1,6 м и n=250 с-1 (15000 об/мин), при Δ Н=0,75 МПа, Δ Р=100 КПа, η =60 Па· с, с угрозой стабильной работе смесителя по механическим причинам, полезные технические эффекты изобретения уменьшаются в связи со снижением значения ρ до 1850 кг/м3, обусловленным ростом воздухововлечения.Maximum A is limited by reducing the cavitation number to a minimum of φ = 0.6 · 10 -4 , below which a rapid increase in air content in the cement-water suspension begins, which reduces the effect of the invention. So, with φ = 0.5 · 10 -4 , achieved in trial mode on a mixer with R = 1.6 m and n = 250 s -1 (15000 rpm), with Δ Н = 0.75 MPa, Δ P = 100 KPa, η = 60 Pa · s, with a threat to the stable operation of the mixer for mechanical reasons, the useful technical effects of the invention are reduced due to a decrease in ρ to 1850 kg / m 3 due to increased air entrainment.
В целом в диапазоне значений А между 1100 и 325000 эксперименты, выполненные авторами на моделях смесителей, позволяют сделать вывод об их стабильной работе, полноте выгрузки обрабатываемой цементо-водной суспензии, соответствующей 100%, и времени выгрузки в течение 5-15 с.In general, in the range of values A between 1100 and 325000, the experiments performed by the authors on models of mixers allow us to conclude about their stable operation, the completeness of unloading of the treated cement-water suspension, corresponding to 100%, and the unloading time for 5-15 s.
Сущность изобретения в части указанного устройства в связи с характеристиками цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе, полученных по способу согласно изобретению при помощи устройства для осуществления этого способа, становится более ясной из приведенного чертежа (фиг.1 и 2).The invention in terms of the specified device in connection with the characteristics of the cement-water suspension and products based on it, obtained by the method according to the invention using the device for implementing this method, becomes clearer from the above drawing (figures 1 and 2).
На фиг.1 схематично изображен смеситель для получения цементо-водной суспензии и продуктов на ее основе, вид сбоку; на фиг.2 - вид сверху, сечение по А-А на фиг.1.Figure 1 schematically shows a mixer for producing a cement-water suspension and products based on it, side view; figure 2 is a top view, a section along aa in figure 1.
Смеситель содержит цилиндрическую камеру 1, мешалку 2, выполненную в виде ротора открытой турбины с радиально-дуговыми лопатками 3, закрепленными на диске 4, обращенном к днищу 5 камеры. Диск консольно соединен с вертикальным валом 6, имеющим нижний привод 7. Вал расположен в центральном отверстии днища с кольцевым зазором 8, при этом отношение площадей поперечных сечений в свету камеры и кольцевого зазора составляет 1100-325000. С наружной стороны днище снабжено сальниковой коробкой 9 с уплотнением 10 для вала 6. Полость коробки 9 сообщается с рабочим пространством камеры посредством кольцевого зазора 8. При этом в коробке предусмотрен штуцер 11 для подачи сжатого воздуха в ее полость и далее в камеру через кольцевой зазор.The mixer comprises a cylindrical chamber 1, a mixer 2, made in the form of a rotor of an open turbine with radial-arc blades 3, mounted on a
Люк 12 цилиндрической камеры снабжен загрузочным патрубком 13, выполненным в виде обратного конуса. Последний установлен в камере соосно с мешалкой, а его нижний обрез отстоит от верхнего края камеры на расстоянии, равном 1/3-1/2 высоты последней.The hatch 12 of the cylindrical chamber is equipped with a loading pipe 13, made in the form of an inverse cone. The latter is installed in the chamber coaxially with the mixer, and its lower edge is separated from the upper edge of the chamber at a distance equal to 1 / 3-1 / 2 of the height of the latter.
Разгрузочный патрубок 14, имеющий затвор 15, соединен с камерой тангенциально окружности ее днища.The
Порядок работы смесителя следующий.The order of the mixer is as follows.
Разгрузочный патрубок 14 перекрывают затвором 15. От компрессора (на чертеже не показан) по штуцеру 11 в полость сальниковой коробки подают воздух под давлением, достаточным для предотвращения вытекания цементо-водной суспензии из камеры через кольцевой зазор. Затем включают привод 7 и приводят во вращение мешалку 2. Через загрузочный патрубок 13 в камеру 1 подают дозированные компоненты суспензии - воду и цемент. Для осуществления барботирования увеличивают давление воздуха, подаваемого в камеру, до появления воздушных пузырей на поверхности перемешиваемой цементо-водной суспензии, наблюдаемых через окно 16 в верхней части камеры.The
При вращении турбины с лопастями суспензия под действием центробежных сил отбрасывается к стенке камеры, движется по ней вверх и затем под действием силы тяжести и благодаря увеличенной инерционной составляющей массы в присутствии заполнителя и геометрической форме рабочего пространства камеры, образованного верхней крышкой 17 и конической поверхностью загрузочного патрубка 13, без снижения скорости и в отсутствие разрывов в циркулирующем потоке направляется к вращающемуся ротору, непосредственно в зону его действия. Характер воздействия на суспензию ротора мешалки аналогичен характеру воздействия колеса центробежного насоса.When a turbine with blades rotates, the suspension is discarded under the action of centrifugal forces to the chamber wall, moves upward along it and then under the action of gravity and due to the increased inertial component of the mass in the presence of a filler and the geometric shape of the chamber working space formed by the top cover 17 and the conical surface of the loading nozzle 13, without reducing speed and in the absence of discontinuities in the circulating stream, it is directed to the rotating rotor, directly into the zone of its action. The nature of the effect on the suspension of the rotor of the mixer is similar to the nature of the effect of the wheel of a centrifugal pump.
Готовую цементо-водную суспензию через разгрузочный патрубок 14 при открытом затворе 15 и вращающемся роторе выгружают из смесителя. Центробежное закручивание потока готовой суспензии и тангенциальное расположение разгрузочного патрубка на камере обуславливает самоочищение рабочих поверхностей камеры и разгрузочного патрубка.The finished cement-water suspension through the
Изложенное позволяет заключить, что вторая цель изобретения - создание смесителя для рационального получения цементо-водной суспензии с кавитационным активированием - достигнута.The foregoing allows us to conclude that the second objective of the invention is the creation of a mixer for the rational production of a cement-water suspension with cavitation activation - achieved.
Изобретение впервые позволяет активировать цементо-водную суспензию с повышением вне зависимости от качества цемента, прочности затвердевших продуктов на ее основе на 12-15% с параллельным снижением их усадочных деформаций и коэффициента вариации свойств на 2-3% при 100%-ной полноте выгрузки цементо-водной суспензии после каждого замеса и длительности выгрузки не более 15 с, обеспечивая технологичность способа, производительность смесителя по цементо-водной суспензии до 120 м3/ч без какого бы то ни было применения ручного труда, а также существенно улучшить структуру объема и поверхности получаемых материалов.The invention for the first time allows you to activate a cement-water suspension with an increase, regardless of the quality of the cement, of the strength of the hardened products based on it by 12-15% with a parallel decrease in their shrinkage deformations and coefficient of variation of properties by 2-3% at 100% fullness of cement discharge -aqueous suspension after each batch and unloading time of not more than 15 s, ensuring the manufacturability of the method, the performance of the mixer in cement-water suspension up to 120 m 3 / h without any manual labor, as well as substantial to substantially improve the structure of the volume and surface of the materials obtained.
Таким образом, способ получения цементо-водной суспензии и смеситель для его осуществления обладают коренными преимуществами по сравнению с известными из уровня техники, характеризуясь элементами новизны и являясь многовариантными техническими решениями, не требующими жесткой привязки к конкретным поставщикам исходных компонентов указанной суспензии и конкретным машиностроительным предприятиям, что существенно для обеспечения минимальной стоимости как указанной суспензии, так и смесителя для ее получения в условиях рыночной экономики. Тем самым указанные технические решения подготовлены к широкому производственному внедрению.Thus, the method of producing a cement-water suspension and a mixer for its implementation have fundamental advantages compared to those known from the prior art, characterized by novelty elements and being multivariate technical solutions that do not require tight binding to specific suppliers of the initial components of this suspension and to specific engineering enterprises, which is essential to ensure the minimum cost of both the specified suspension and the mixer for its production in a market economy ohmiki. Thus, these technical solutions are prepared for widespread production implementation.
Источники информацииSources of information
1. Совалов И.Г. и др. Методы активации цементов и влияние активации на свойства бетонов. М.: ЦБТИ НИИОМТП, 1963, 41 с.1. Sovalov I.G. et al. Cement activation methods and the effect of activation on the properties of concrete. M.: CBTI NIIOMTP, 1963, 41 p.
2. Скрамтаев Б.Г. и др. Повышение прочности цемента и бетона путем добавки гипса и мокрого домалывания цемента./ Строительные материалы, 1951, №8.2. Skramtaev B.G. and others. Improving the strength of cement and concrete by adding gypsum and wet mashing cement. / Building materials, 1951, No. 8.
3. Фищуков М.А. Исследование эффективности применения мокрого домола цемента при изготовлении предварительно напряженных железобетонных балок пролетных строений мостов. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1953. 20 с.3. Fishchuk M.A. Study of the effectiveness of the use of wet cement milling in the manufacture of prestressed concrete beams of bridge spans. Abstract. diss. for a job. student step. Cand. tech. sciences. M .: NIIZHB, 1953. 20 p.
4. Руднев Н.Г. Применение вибрационного измельчения для активации стандартного цемента. / Труды ВНИИ железнодорожного строительства, вып.IX. М.: Трансжелдориздат, 1951.4. Rudnev N.G. The use of vibration grinding to activate standard cement. / Proceedings of the Research Institute of Railway Construction, issue IX. M .: Transzheldorizdat, 1951.
5. Кевеш П.Д. и др. Вибрационный домол цемента в водной среде. М.: Бюро тех. помощи НИИ Горсельстроя, 1955, 8 с.5. Kevesh P.D. et al. Vibratory dominance of cement in the aquatic environment. M .: Bureau of those. assistance of the Research Institute of Gorselstroy, 1955, 8 pp.
6. Труды совещания по вибродомолу цемента. Под ред. М.И.Гершмана и др. М.:Промстройиздат, 1957.6. Proceedings of the meeting on the vibratory grinding of cement. Ed. M.I. Gershman and others M.: Promstroyizdat, 1957.
7. Горчаков Г.И. и др. Ускорение процессов твердения цемента путем тонкого помола в вибромельнице. /Вибрационное измельчение материалов. Научное сообщение ВНИИТИСМ №7. М., 1955.7. Gorchakov G.I. and others. Acceleration of cement hardening processes by fine grinding in a vibratory mill. / Vibratory grinding of materials. Scientific communication VNIITISM No. 7. M., 1955.
8. Гильденберг З.Г. и др. Инструкция по активизации цемента на заводах железобетонных изделий домолом в вибромельницах (ИЖ 5-56). М.: Промстройиздат, 1957, 33 с.8. Guildenberg Z.G. and others. Instructions for the activation of cement in factories of reinforced concrete products by milling in vibratory mills (IL 5-56). M .: Promstroyizdat, 1957, 33 pp.
9. Barta R. Chemie a techologie cementu. Praha, Nakl. CAV, 1961, 1107 s., wiz. s. 655-656.9. Barta R. Chemie a techologie cementu. Praha, Nakl. CAV, 1961, 1107 s., Wiz. s. 655-656.
10. Мощанский Н.А. Механическое активирование цементов. /Строительная промышленность, 1951, №8.10. Moshchansky N.A. Mechanical activation of cements. / Construction industry, 1951, No. 8.
11. Листопадов М.Е. Гидравлическая активация вяжущих. /Строительные материалы, 1960, №3.11. Listopadov M.E. Hydraulic activation of binders. / Building materials, 1960, No. 3.
12. Адамович А.Н. Цементация оснований гидросооружений. М.: Энергия, 1964. См. разд. о методе скоростной турбулентной активации инъекционных растворов для цементационных работ.12. Adamovich A.N. Cementation of the foundations of hydraulic structures. M .: Energy, 1964. See section. on the method of high-speed turbulent activation of injection solutions for cementation work.
13. Урьев Н. Б. и др. Коллоидный цементный клей и его применение в строительстве. М.: Стройиздат, 1967. 175 с., см. с.57 и ниже.13. Uriev N. B. et al. Colloidal cement glue and its use in construction. M.: Stroyizdat, 1967.175 p., See p. 57 and below.
14. Совалов И.Г. Исследование, разработка и внедрение эффективных методов возведения железобетонных и бетонных сооружений. Доклад, составленный на основании обобщения выполненных и опубликованных работ, результатов исследований и внедрения в производство и представленный на соискание уч. степ.д-ра техн. наук. М.: ЦНИИЭП-жилища, 1968. 127с.14. Sovalov I.G. Research, development and implementation of effective methods for the construction of reinforced concrete and concrete structures. The report, compiled on the basis of a synthesis of completed and published works, the results of research and implementation in production and submitted for the competition account. Step of Dr. Tech. sciences. M .: TsNIIEP-dwellings, 1968.127s.
15. Штаерман Ю.Я. Виброактивация цемента. Тбилиси: “Техника да шрома”, 1957. 44 с. См. также: Штаерман Ю. Виброактивированный бетон. Тбилиси: “Сабчота Сакартвело”, 1963. 181 с. Штаерман Ю.Я. и др. Плотный бетон на многофракционном заполнителе. Тбилиси: Там же, 1967. 212 с.15. Staerman Yu.Ya. Vibroactivation of cement. Tbilisi: “Technique and Shroma,” 1957. 44 p. See also: Staerman J. Vibroactivated concrete. Tbilisi: “Sabchota Sakartvelo”, 1963. 181 p. Shtaerman Yu.Ya. and others. Dense concrete on multifraction aggregate. Tbilisi: Ibid., 1967. 212 p.
16. Юсуфов И. - М. Б. Исследование свойств коллоидного раствора и бетона: технология их изготовления с применением смесительной установки АзПИ. Автореф. дисс.на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Баку: Азерб. политехн. ин-т, 1963. 27 с.16. Yusufov I. - M. B. Investigation of the properties of colloidal mortar and concrete: the technology of their manufacture using the AzPI mixing plant. Abstract. diss. student step. Cand. tech. sciences. Baku: Azerbaijan. Polytechnic Institute, 1963.27 p.
17. Скрамтаев Б.Г. и др. Виброперемешивание бетонной смеси. /Вестник трудов Военно-Инженерной Академии им. В.В.Куйбышева, М.: Воениздат, 1959.17. Skramtaev B.G. Vibro-mixing of concrete mix. / Bulletin of the works of the Military Engineering Academy. V.V. Kuybysheva, Moscow: Military Publishing House, 1959.
18. Десов А.Е. Виброперемешивание бетонной смеси в бетономешалке с вибрирующими лопастями /Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей. Сб. статей. М.: Госстройиздат, 1960. См. также Кублинь И.Я. и др. Виброактивация цементного теста с добавками поверхностно-активных веществ и микронаполнителей. Там же.18. Desov A.E. Vibro-mixing of concrete mix in a concrete mixer with vibrating blades / Automation and improvement of the processes of preparation, laying and compaction of concrete mixtures. Sat articles. M .: Gosstroyizdat, 1960. See also Kublin I.Ya. Vibroactivation of cement paste with the addition of surfactants and micro-fillers. In the same place.
19. Файтельсон Л.А. Виброперемешивание бетонной смеси. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1961, 17 с.19. Faitelson L.A. Vibro-mixing of concrete. Abstract. diss. for a job. student step. Cand. tech. sciences. M .: NIIZHB, 1961, 17 p.
20. Куннос Г. Я. и др. Теория и практика вибросмешивания бетонных смесей. Изд-во Акад. наук Латв. ССР., Рига, 1962. 216 с.20. Kunnos G. Ya. Et al. Theory and practice of vibration mixing of concrete mixtures. Acad. Sciences Latvia. SSR., Riga, 1962.216 s.
21. Хигерович М. И. и др. Влияние поверхностно-активных добавок на свойства цементного камня. М.: Промстройиздат, 1954. 72 с.21. Higherovich M. I. et al. Effect of surface-active additives on the properties of cement stone. M .: Promstroyizdat, 1954. 72 p.
22. Малинин Ю.С. и др. О морфологических основах структуры цементного камня. Доклады АН СССР, 1977, т. 233, №4, с.653-656.22. Malinin Yu.S. and others. On the morphological foundations of the structure of cement stone. Doklady AN SSSR, 1977, v. 233, No. 4, pp. 653-656.
23. Михайлов Н.В. Основные принципы новой технологии бетона и железобетона. М.: Госстройиздат, 1961. 53 с.(прототип к способу).23. Mikhailov N.V. The basic principles of the new technology of concrete and reinforced concrete. M .: Gosstroyizdat, 1961.53 pp. (Prototype of the method).
24. Кравченко И.В. и др. Высокопрочные и особо быстротвердеющие портландцементы. М.: Стройиздат, 1971, 228 с., см. гл. IV.24. Kravchenko I.V. and others. High-strength and especially quick-hardening Portland cement. M .: Stroyizdat, 1971, 228 p., See chap. IV.
25. Шестоперов С.В. Долговечость бетона. - М.: Автотрансиздат, 1960. - 512с.25. Shestoperov S.V. Durability of concrete. - M .: Avtotransizdat, 1960 .-- 512s.
26. Розенталь Н.К. Проблемы коррозии бетона. // 1-я Всероссийская конференция по проблемам бетона и железобетона. “Бетон на рубеже 3-го тысячелетия. В 3 книгах, М.: “Готика”, 2001, кн. 3, секционные доклады, с.1419- 1430.26. Rosenthal N.K. Concrete corrosion problems. // 1st All-Russian Conference on Concrete and Reinforced Concrete. “Concrete at the turn of the 3rd millennium. In 3 books, M .: "Gothic", 2001, Prince. 3, section reports, pp. 1419-1430.
27. Захаров Б.Н. и др. Исследование параметров двухчастотного виброперемешивания песчаного бетона. /Доклады Межвузовской научной конференции и комплексной механизации и автоматизации в строительстве. Саратов. Изд. Cap. ДНТИ, 1960.27. Zakharov B.N. et al. Study of the parameters of double-frequency vibro-mixing of sand concrete. / Reports of the Interuniversity scientific conference and integrated mechanization and automation in construction. Saratov. Ed. Cap. DNTI, 1960.
28. Санитарные Нормы 2.2.4/2.1.8.583-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. М.: Минздрав РФ,1996.28. Sanitary Norms 2.2.4 / 2.1.8.583-96. Industrial vibration, vibration in the premises of residential and public buildings. M .: Ministry of Health of the Russian Federation, 1996.
29. Gurland I. Transactions of Metallurgical Soc. Of AIME, 1958, v.212, pp.452-463. In “Plansee Proceedings”, London, Pergamon Press, 1961, pp.507-514. Transactions of Metallurgical Soc. of AIME, 1966, v.236, pp. 642-646. See also in: Stereology, L. - N.Y. - Berlin, Springer, 1968, pp. 250-255.29. Gurland I. Transactions of Metallurgical Soc. Of AIME, 1958, v. 212, pp. 452-463. In “Plansee Proceedings,” London, Pergamon Press, 1961, pp. 507-514. Transactions of Metallurgical Soc. of AIME, 1966, v. 236, pp. 642-646. See also in: Stereology, L. - N.Y. - Berlin, Springer, 1968, pp. 250-255.
30. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, Изд. 3-е. 1970. 376 с.; см. также Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977. 280 с., см. с.212-214.30. Saltykov S.A. Stereometric metallography. M .: Metallurgy, Publishing. 3rd 1970.376 s .; see also Chernyavsky K.S. Stereology in metal science. M .: Metallurgy, 1977.280 s., See p. 212-214.
31. Вентцель Е.П. Теория вероятностей. М.: Физматгиз, 1962.31. Wentzel E.P. Probability theory. M .: Fizmatgiz, 1962.
32. Батутина Л.С. Интенсификация твердения цемента предварительной поверхностной гидратацией. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М.: НИИцемент, 1984. 24 с.32. Batutina L.S. Intensification of cement hardening by preliminary surface hydration. Abstract. diss. for a job. student Art. Cand. tech. sciences. M .: NIIcement, 1984. 24 p.
33. Ламекин Н.С. Кавитация: теория и применение. Гос. нац. рус. академия. М.: Русаки, 2000. 246 с., см. с.68.33. Lamekin N.S. Cavitation: theory and application. Gos. nat. Russian academy. M .: Rusaki, 2000.246 s., See p. 68.
34. Буйвол Б. Н. Тонкие каверны в течениях с возмущениями. К.: Наукова думка, 1980. 296 с., см. с.266.34. Buffalo B. N. Thin caverns in flows with disturbances. K .: Naukova Dumka, 1980.296 s., See p.266.
35. Биркгоф Т. и др. Струи, следы и каверны. М.: Мир, 1964. 466 с. См. также Перник А. Д. Проблемы кавитации. Л.: Судпромгиз, 1966. 643 с.35. Birkhoff T. et al. Jets, tracks and caverns. M.: Mir, 1964. 466 p. See also Pernik A. D. Problems of cavitation. L .: Sudpromgiz, 1966.643 s.
36. Эпштейн Л.А. Методы теории размерности и подобия в задачах гидромеханики судов. Л.: Судостроение, 1970. 247 с.36. Epstein L.A. Methods of the theory of dimension and similarity in problems of hydromechanics of ships. L .: Shipbuilding, 1970.247 s.
37. Кулагин В.А. и др. Моделирование двухфазных кавитационных потоков. Красноярск, Красноярский гос. техн. ун-т. 2001, 187 с.37. Kulagin V.A. et al. Modeling of two-phase cavitation flows. Krasnoyarsk, Krasnoyarsk state. tech. un-t 2001, 187 p.
38. Макаров В.В. Исследование плоских кавитационных вихрей и осесимметричных струйных течений. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. физ. - мат. наук, Чебоксары, Чуваш, гос. ун-т, 2000. 15 с.38. Makarov V.V. Study of plane cavitation vortices and axisymmetric jet flows. Abstract. diss. for a job. student step. Cand. physical - mat. Sciences, Cheboksary, Chuvash, state. un-t, 2000.15 s.
39. Калищук А.Л. и др. Справочник по производству сборного железобетона. К.: “Будiвельник”, 1964, 347 с., см. с.57.39. Kalishchuk A.L. et al. Handbook for the production of precast concrete. K .: “Alarm Clock”, 1964, 347 p., See p. 57.
40. Хаютин Ю. Г. Исследование вопросов раздельного бетонирования с инъекцией активированного раствора в крупный заполнитель. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1964, 21 с.40. Khayutin Yu. G. Study of issues of separate concreting with injection of activated solution into coarse aggregate. Abstract. diss. for a job. student step. Cand. tech. sciences. M .: NIIZHB, 1964, 21 p.
41. ГОСТ 24211-91. Добавки для бетонов. Общие технические условия.41. GOST 24211-91. Additives for concrete. General specifications.
42. ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности.42. GOST 30459-96. Additives for concrete. Methods for determining effectiveness.
43. ТУ 5730-003-23454867-02. Добавка “Дилафилм” для цемента, цементных сухих смесей и бетона.43. TU 5730-003-23454867-02. Additive “Dilafilm” for cement, cement dry mixes and concrete.
44. Звездов А.И. Физико-механические свойства шлакобетона на напрягающем цементе. Автореф. канд. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1981, 20 с.44. Zvezdov A.I. Physico-mechanical properties of slag concrete on tensile cement. Abstract. Cand. diss. for a job. student step. Cand. tech. sciences. M .: NIIZHB, 1981, 20 p.
45. Удачкин И.Б. и др. Пенобетон: результаты и перспективы развития / Строительные материалы, 2003, №3, с.5 и ниже.45. Udachkin I.B. and others. Foam concrete: results and development prospects / Building materials, 2003, No. 3, p.5 and below.
46. ГОСТ 310.2-76. Цементы. Методы определения тонкости помола.46. GOST 310.2-76. Cement. Methods for determining the fineness of grinding.
47. ТУ 5730-001-23454867-01. Цемент низкой водопотребности дезагрегированный для коррозионно-стойких бетонов “Д-ЦНВ”. М.: 2001.47. TU 5730-001-23454867-01. Low water demand cement disaggregated for corrosion-resistant concrete “D-TsNV”. M .: 2001.
48. ТУ 5743-026-00369171-01. Модификатор для цемента МЦ-1. М., 2001.48. TU 5743-026-00369171-01. Modifier for cement MTs-1. M., 2001.
49. ГОСТ 11052-74 Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся. Технические условия.49. GOST 11052-74 Expanding gypsum-alumina cement. Technical conditions
50. Евразийский патент №002673, 2002.50. Eurasian patent No. 002673, 2002.
51. Каприелов С.С. и др. Высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами серии “МБ”. Структура и свойства. // 1-я Всероссийская конференция по проблемам бетона и железобетона. “Бетон на рубеже 3-го тысячелетия. В 3 книгах, М.: “Готика”, 2001, кн. 2-я, с.1019-1026.51. Kaprielov S.S. and others. High-strength concrete with organomineral modifiers of the MB series. Structure and properties. // 1st All-Russian Conference on Concrete and Reinforced Concrete. “Concrete at the turn of the 3rd millennium. In 3 books, M .: "Gothic", 2001, Prince. 2nd, pp. 1019-1026.
52. ТУ 2455-005-00281039-03. Лигносульфонаты технические модифицированные - “Пластификатор ЛСТМ-12”52. TU 2455-005-00281039-03. Technical modified lignosulfonates - “Plasticizer LSTM-12”
53. ТУ 2481-001-51831493-00. Суперпластификатор С-353. TU 2481-001-51831493-00. Superplasticizer S-3
54. ТУ 13-0281036-029-94. Лигносульфонаты технические.54. TU 13-0281036-029-94. Technical lignosulfonates.
55. ГОСТ 6552-80. Кислота ортофосфорная. Технические условия.55. GOST 6552-80. Phosphoric acid. Technical conditions
56. ГОСТ 450-77. Кальций хлористый технический. Технические условия.56. GOST 450-77. Technical calcium chloride. Technical conditions
57. ГОСТ 3759-75. Алюминий хлористый 6-водный. Технические условия.57. GOST 3759-75. Aluminum chloride 6-water. Technical conditions
58. ГОСТ 4166-76. Натрий сернокислый. Технические условия.58. GOST 4166-76. Sodium sulfate. Technical conditions
59. ГОСТ 12966-85. Алюминия сульфат технический очищенный. Технические условия.59. GOST 12966-85. Aluminum sulfate technical purified. Technical conditions
60. ГОСТ 6981-75. Купорос железный технический. Технические условия.60. GOST 6981-75. Vitriol iron technical. Technical conditions
61. ГОСТ 5494-95. Пудра алюминиевая. Технические условия61. GOST 5494-95. Powder aluminum. Technical conditions
62. Кевеш П.Д. и др. Газобетон на пергидроле. М.: Госстройиздат, 1961, 115 с.62. Keves P.D. and others. Aerated concrete on perhydrol. M .: Gosstroyizdat, 1961, 115 p.
63. ТУ 2453-013-10644738-00. Смола древесная омыленная (SDO-L).63. TU 2453-013-10644738-00. Saponified wood resin (SDO-L).
64. Баженов Ю. М. Технология бетона. М.: Высш. школа, 1978. 455 с.64. Bazhenov Yu. M. Concrete technology. M .: Higher. School, 1978. 455 p.
65. Тарнаруцкий Г.М. Разработка технологии и исследование строительно-технических свойств гидрофобного портландцемента с поликомпонентными добавками. Автореф. дисс.на соиск. уч. степ.канд. техн. наук, М.: НИИцемент, 1974, 35 с.65. Tarnarutsky G.M. Development of technology and study of the construction and technical properties of hydrophobic Portland cement with multicomponent additives. Abstract. diss. student step.kand. tech. Sciences, Moscow: NIIcement, 1974, 35 p.
66. ГОСТ 10834-76. Жидкость гидрофобизующая 136-41. Технические условия.66. GOST 10834-76. Water-repellent fluid 136-41. Technical conditions
67. ТУ 5730-007-23454867-03. Клинкер сульфоалюминатный.67. TU 5730-007-23454867-03. Clinker sulfoaluminate.
68. ГОСТ 6139-91. Песок нормальный для испытания цементов. Технические условия.68. GOST 6139-91. Normal sand for cement testing. Technical conditions
69. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.69. GOST 8736-93. Sand for construction work. Technical conditions
70. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.70. GOST 8267-93. Crushed stone and gravel from dense rocks for construction work. Technical conditions
71. ГОСТ 10832-91. Песок и щебень перлитовые вспученные. Технические условия.71. GOST 10832-91. Expanded perlite sand and crushed stone. Technical conditions
72. ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. Технические условия.72. GOST 23732-79. Water for concrete and mortar. Technical conditions
73. ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии73. GOST 310.4-81 Cements. Methods for determining the tensile strength in bending and compression
74. Kravchenko I.V. ct, al. VI International Congress on Differential Thermal Analysis (DTA). Wiesbaden: Bauverlag, 1977, s. 87. См. также Copeland L.E. et al. Journal of Portland Cement Assoc. Research and Develop. Laboratories, 1962, v. 4, №2; see also: Barta R. Chemie a techologie cementu. Praha. Nakl. CAV, 1961, 1107 s., wiz. s. 950; Тейлор X. Химия цемента. М.: Мир, 1996, 560 с., см. с.241-243 (данные по ДТА цемента в раннем возрасте), 249 (данные по п.п.п. в нацело гидратированном цементе).74. Kravchenko I.V. ct, al. VI International Congress on Differential Thermal Analysis (DTA). Wiesbaden: Bauverlag, 1977, s. 87. See also Copeland L.E. et al. Journal of Portland Cement Assoc. Research and Develop. Laboratories, 1962, v. 4, No. 2; see also: Barta R. Chemie a techologie cementu. Praha. Nakl. CAV, 1961, 1107 s., Wiz. s. 950; Taylor X. The chemistry of cement. M .: Mir, 1996, 560 s., See p. 241-243 (data on DTA cement at an early age), 249 (data on pp in fully hydrated cement).
75. Юдович Б.Э. Исследование особенностей измельчения, гранулометрического состава и строительно-технических свойств высокопрочных портландцементов. Автореф. исс.на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М.: НИИЦемент, 1972. -31 с., см. с.25 и ниже.75. Yudovich B.E. Study of the features of grinding, particle size distribution and construction and technical properties of high-strength Portland cement. Abstract. Iss. on the competition. student Art. Cand. tech. sciences. M .: NIIITsement, 1972. -31 p., See p. 25 and below.
76. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.: Химия, 1975.384с.76. Stern F. Stirring and apparatuses with stirrers. L .: Chemistry, 1975.
77. Бауман В. Н. и др. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1981, с.270-272. 78. Патент РФ №2036090, кл. В 28 С 5/16, 1991 (прототип к смесителю).77. Bauman V.N. et al. Mechanical equipment of enterprises of building materials, products and structures. M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 270-272. 78. RF patent No. 2036090, cl. B 28 C 5/16, 1991 (prototype for a mixer).
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003136027/03A RU2257294C1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003136027/03A RU2257294C1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003136027A RU2003136027A (en) | 2005-05-20 |
| RU2257294C1 true RU2257294C1 (en) | 2005-07-27 |
Family
ID=35820249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003136027/03A RU2257294C1 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2257294C1 (en) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2304028C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-08-10 | Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Process of treating ashes before removal to ash-disposal area |
| RU2306221C2 (en) * | 2005-10-24 | 2007-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Высокопрочный пенобетон" | Method of preparation of the raw mix for production of the non-autoclave foamed concrete and the device for its realization |
| RU2527974C1 (en) * | 2013-07-25 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Composition of haydite-concrete mixture |
| RU2544190C1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Method to prepare haydite concrete mix |
| US9616591B2 (en) | 2010-12-30 | 2017-04-11 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system and method for using same |
| RU2625842C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Concrete mixture |
| RU2631725C2 (en) * | 2011-10-24 | 2017-09-26 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Flow divider for the system for the apportionment of the astringent suspension |
| US9802863B1 (en) | 2016-03-09 | 2017-10-31 | Flashfill Services, Llc | Accelerating set times of flowable fill compositions with dry calcium chloride, and methods of utilizing and producing the same |
| US9909718B2 (en) | 2011-10-24 | 2018-03-06 | United States Gypsum Company | Multiple-leg discharge boot for slurry distribution |
| US9999989B2 (en) | 2010-12-30 | 2018-06-19 | United States Gypsum Company | Slurry distributor with a profiling mechanism, system, and method for using same |
| US10059033B2 (en) | 2014-02-18 | 2018-08-28 | United States Gypsum Company | Cementitious slurry mixing and dispensing system with pulser assembly and method for using same |
| US10076853B2 (en) | 2010-12-30 | 2018-09-18 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system, and method for using same |
| US10245611B2 (en) | 2010-12-30 | 2019-04-02 | United States Gypsum Company | Slurry distribution system and method |
| US10293522B2 (en) | 2011-10-24 | 2019-05-21 | United States Gypsum Company | Multi-piece mold and method of making slurry distributor |
| US10322971B1 (en) | 2016-04-21 | 2019-06-18 | MK1 Construction Services | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US10851016B1 (en) | 2017-02-28 | 2020-12-01 | J&P Invesco Llc | Trona accelerated compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US10919807B1 (en) | 2018-04-25 | 2021-02-16 | J&P Invesco Llc | High-strength flowable fill compositions |
| RU2746327C1 (en) * | 2020-10-28 | 2021-04-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Бентонит" | Injection bentonite composition for waterproofing and strengthening of natural soil |
| US11434169B1 (en) | 2018-04-25 | 2022-09-06 | J&P Invesco Llc | High-strength flowable fill compositions |
| US12043585B1 (en) | 2019-07-29 | 2024-07-23 | Flashset, Llc | Rapid-setting cellular backfill with calcium sulfoaluminate cement and other powder-sized filler materials |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0167317A2 (en) * | 1984-07-06 | 1986-01-08 | Pilkington Brothers P.L.C. | Mixer for mixing fibres into a slurry |
| SU1276515A1 (en) * | 1984-08-30 | 1986-12-15 | Северодонецкий Филиал Украинского Научно-Исследовательского И Конструкторского Института Химического Машиностроения | Vortex mixer |
| DE4025590A1 (en) * | 1990-08-13 | 1992-02-27 | Koch Marmorit Gmbh | Mortar mixing and pumping device - is suitable for prepn. of fine grain mortar for renovation work |
| RU2036090C1 (en) * | 1991-12-27 | 1995-05-27 | Зиборов Виктор Александрович | Mortar mixer |
| RU2108908C1 (en) * | 1995-07-04 | 1998-04-20 | Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов | Concrete-mortar mixer |
| RU2162409C1 (en) * | 1999-07-29 | 2001-01-27 | Яшин Александр Михайлович | Mixer |
-
2003
- 2003-12-15 RU RU2003136027/03A patent/RU2257294C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0167317A2 (en) * | 1984-07-06 | 1986-01-08 | Pilkington Brothers P.L.C. | Mixer for mixing fibres into a slurry |
| SU1276515A1 (en) * | 1984-08-30 | 1986-12-15 | Северодонецкий Филиал Украинского Научно-Исследовательского И Конструкторского Института Химического Машиностроения | Vortex mixer |
| DE4025590A1 (en) * | 1990-08-13 | 1992-02-27 | Koch Marmorit Gmbh | Mortar mixing and pumping device - is suitable for prepn. of fine grain mortar for renovation work |
| RU2036090C1 (en) * | 1991-12-27 | 1995-05-27 | Зиборов Виктор Александрович | Mortar mixer |
| RU2108908C1 (en) * | 1995-07-04 | 1998-04-20 | Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов | Concrete-mortar mixer |
| RU2162409C1 (en) * | 1999-07-29 | 2001-01-27 | Яшин Александр Михайлович | Mixer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МИХАЙЛОВ Н.В. Основные принципы новой технологии бетона и железобетона. Москва, Госстройиздат, 1961, с.53. * |
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306221C2 (en) * | 2005-10-24 | 2007-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Высокопрочный пенобетон" | Method of preparation of the raw mix for production of the non-autoclave foamed concrete and the device for its realization |
| RU2304028C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-08-10 | Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Process of treating ashes before removal to ash-disposal area |
| US10245611B2 (en) | 2010-12-30 | 2019-04-02 | United States Gypsum Company | Slurry distribution system and method |
| US10239230B2 (en) | 2010-12-30 | 2019-03-26 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system and method for using same |
| US9616591B2 (en) | 2010-12-30 | 2017-04-11 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system and method for using same |
| US10076853B2 (en) | 2010-12-30 | 2018-09-18 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system, and method for using same |
| US9999989B2 (en) | 2010-12-30 | 2018-06-19 | United States Gypsum Company | Slurry distributor with a profiling mechanism, system, and method for using same |
| RU2631725C2 (en) * | 2011-10-24 | 2017-09-26 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Flow divider for the system for the apportionment of the astringent suspension |
| US9909718B2 (en) | 2011-10-24 | 2018-03-06 | United States Gypsum Company | Multiple-leg discharge boot for slurry distribution |
| US10286572B2 (en) | 2011-10-24 | 2019-05-14 | United States Gypsum Company | Flow splitter for slurry distribution system |
| US10052793B2 (en) | 2011-10-24 | 2018-08-21 | United States Gypsum Company | Slurry distributor, system, and method for using same |
| US10293522B2 (en) | 2011-10-24 | 2019-05-21 | United States Gypsum Company | Multi-piece mold and method of making slurry distributor |
| RU2527974C1 (en) * | 2013-07-25 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Composition of haydite-concrete mixture |
| RU2544190C1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Method to prepare haydite concrete mix |
| US10059033B2 (en) | 2014-02-18 | 2018-08-28 | United States Gypsum Company | Cementitious slurry mixing and dispensing system with pulser assembly and method for using same |
| US9802863B1 (en) | 2016-03-09 | 2017-10-31 | Flashfill Services, Llc | Accelerating set times of flowable fill compositions with dry calcium chloride, and methods of utilizing and producing the same |
| US11926568B1 (en) | 2016-04-21 | 2024-03-12 | J&P Invesco Llc | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US10843968B1 (en) | 2016-04-21 | 2020-11-24 | J&P Invesco Llc | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US11247942B1 (en) | 2016-04-21 | 2022-02-15 | J&P Invesco Llc | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US12398074B1 (en) | 2016-04-21 | 2025-08-26 | J&P Invesco Llc | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US10322971B1 (en) | 2016-04-21 | 2019-06-18 | MK1 Construction Services | Fast-setting flowable fill compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| RU2625842C1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Concrete mixture |
| US10851016B1 (en) | 2017-02-28 | 2020-12-01 | J&P Invesco Llc | Trona accelerated compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US11440841B1 (en) | 2017-02-28 | 2022-09-13 | J&P Invesco Llc | Trona accelerated compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US11987534B1 (en) | 2017-02-28 | 2024-05-21 | J&P Invesco Llc | Trona accelerated compositions, and methods of utilizing and producing the same |
| US10919807B1 (en) | 2018-04-25 | 2021-02-16 | J&P Invesco Llc | High-strength flowable fill compositions |
| US12043578B1 (en) | 2018-04-25 | 2024-07-23 | J&P Invesco Llc | High-strength flowable fill compositions |
| US11434169B1 (en) | 2018-04-25 | 2022-09-06 | J&P Invesco Llc | High-strength flowable fill compositions |
| US12043585B1 (en) | 2019-07-29 | 2024-07-23 | Flashset, Llc | Rapid-setting cellular backfill with calcium sulfoaluminate cement and other powder-sized filler materials |
| RU2746327C1 (en) * | 2020-10-28 | 2021-04-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Бентонит" | Injection bentonite composition for waterproofing and strengthening of natural soil |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003136027A (en) | 2005-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2257294C1 (en) | Method of production of cement-water suspension and device for realization of this method | |
| RU2262497C2 (en) | Method of manufacture of foam concrete and installation for its realization | |
| CN106458756B (en) | Ultra-high performance concrete | |
| RU2233254C2 (en) | Composition for manufacture of building materials | |
| EP1458489B1 (en) | Binder admixture, kaolin product and their manufacture | |
| CA2786920A1 (en) | Foamed concrete | |
| KR20080014865A (en) | How to provide freeze and thaw resistance to cement based compositions | |
| KR101121724B1 (en) | A composition of cement zero concrete using the mixed blast slag, powder type sodium silicate and desulfurization gypsum as binder and method for it | |
| RU2673092C2 (en) | Hydraulic composition with low content of clinker | |
| Quang | Effect of quartz powder and mineral admixtures on the properties of high-performance concrete | |
| CN102167536B (en) | Secondary ettringite type expanding agent and preparation method and application thereof | |
| CN114605121A (en) | A kind of tungsten tailings autoclaved aerated concrete and preparation method thereof | |
| KR100316191B1 (en) | Method for manufacturing artificial light-weight aggregate | |
| CN115179423A (en) | Construction site sludge reinforcing method | |
| Zhang et al. | Enhanced performance and sustainability of foam concrete through shale aggregate integration | |
| Arcones-Pascual et al. | Comparative properties of a lime mortar with different metakaolin and natron additions | |
| AU2016428605A1 (en) | System and method for making and applying a non-portland cement-based material | |
| CN117342847A (en) | Environment-friendly water-resistant ultra-high-performance concrete material and preparation method thereof | |
| raju Meesaraganda et al. | Carbonation behavior of concrete produced using CO 2 as an admixture | |
| Wan et al. | Effect of the Calcium-Silicon Ratio on the Properties of Composite Cementing Materials | |
| RU2847344C1 (en) | Composition of concrete mix for creating concrete structures resistant to aggressive environments | |
| RU2169828C1 (en) | Aerated cement mortar composition | |
| KR20210082572A (en) | Lightweight foaming concrete composition for early strength improvement and sink prevention, and preparation thereof | |
| Huang | The Impact of Curing Temperature on the Hydration, Microstructure, Mechanical Properties, and Durability of Nanomodified Cementitious Composites | |
| RU2080310C1 (en) | Autoclave-hardening silicate cellular concrete |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20061130 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081216 |