CS244351B1 - Rychlovazné pojivo - Google Patents

Abstract

Řeěení se týká rychlovazného pojivá a způsobu jeho výroby. Podstata rychlo ­ vazného pojivá spočívá v tom, že obsahu- je pojivo s měrným povrchem nad 500 m /kg a ztekucující přísadu s výrazným stéric- kým účinkem, která snižuje povrchové na ­ pětí vody maximálně o 15 %, v množství o hmotnostní koncentraci 0,01 až 10 % na sušinu, a výhodou o hmotnostní koncentra ­ ci 0,2 až 2,5 %· Pojivo s měrným povr ­ chem nad 500 m 2 /kg se získá z odpraáků z mlýnů pro mletí běžných, případně dis ­ perzních cementů se ztekucující přísadou. Jako ztekucující přísadu lze použít sul- fonované polykondenzáty fenolu, melaminu, naftalenu nebo močoviny s formaldehydem. fychlovazné pojivo lze použít pro práce s malou spotřebou materiálů, s po­ žadovanou vysokou počáteční pevností, pro injektáže a vysoce namáhaná konstrukce.

Description

(54)

Rychlovazné pojivo

Řeěení se týká rychlovazného pojivá a způsobu jeho výroby. Podstata rychlovazného pojivá spočívá v tom, že obsahuje pojivo s měrným povrchem nad 500 m /kg a ztekucující přísadu s výrazným stérickým účinkem, která snižuje povrchové napětí vody maximálně o 15 %, v množství o hmotnostní koncentraci 0,01 až 10 % na sušinu, a výhodou o hmotnostní koncentraci 0,2 až 2,5 %· Pojivo s měrným povrchem nad 500 m²/kg se získá z odpraáků z mlýnů pro mletí běžných, případně disperzních cementů se ztekucující přísadou. Jako ztekucující přísadu lze použít sulfonované polykondenzáty fenolu, melaminu, naftalenu nebo močoviny s formaldehydem.

fychlovazné pojivo lze použít pro práce s malou spotřebou materiálů, s požadovanou vysokou počáteční pevností, pro injektáže a vysoce namáhaná konstrukce.

- 1 244 351

Vynález se týká rychlovazného pojivá, jehož součástí jsou velmi jemná hydraulická a vzdušná pojivá.

Teoreticky je myšlenka použití velmi jemných pojiv s vysokým měrným povrchem a s velkým obsahem nejjemnějších částic známá a lákavá, nebol slibuje dokonalejší využití vazebních schopností pojivá. Například při normální jemnosti mletí cementů na měrné povrchy okolo 300 m^/kg zůstává i za příznivých podmínek po velmi dlouhých dobách ve ztvrdlých směsích zhruba 50 hmotnosti cementu nezhydratováno. Příprava velmi jemných cementů i jejich zpracování v hydratujících směsích s příznivými užitnými vlastnostmi však s sebou přináší značné obtíže.

Mletí cementu na vysoké měrné ppvrchy tradičními způsoby se jeví jako neekonomické a při dosažení jisté jemnosti - tak zvané meze mletí -jako nemožné. Pokroku lze dosáhnout použitím vhodných tenzidťi jako intenzifikační mlecí přísady, například dietylkarbonátu nebo látek na bázi lignosulfonanu sodného. Jak se však ukazuje, je tento přístup efektivní pouze v laboratorním měřítku nebo při mletí v šaržových mlýnech s diskontinuálním provozem, jejichž produktivita je malé. Při mletí v běžných trubnatých mlýnech je intenzifikační přísada, pokud jde o jemnost mlet^ neúčinná, nebol způsobí pouze zrychlení průtoku meliva mlýnem, a tím i snížení spotřeby energie, ale měrný povrch zůstane prakticky nezměněn. při mletí v oběhových mlýnicích s třídičem sice zvýšení jemnosti mletí s použitím intenzifikačních přísad možné je, ale za cenu téměř řádového snížení výkonnosti, aby se dosáhlo podstat· ně vyšších měrných povrchů. Zajištění produkce velmi jemného cementu oběma uvedenými průmyslovými způsoby by si vyžádalo neúměrně vysokých nákladů, zvláště investičních. Jako schůdné se jeví pouze cesta spokojit se s masovou výrobou cementů o běžné nebo

244 3S1

- 2 nepříliš zvýšené jemnosti a získávat velmi jemné cementy jen v relativné malých množstvích z této hromadné výroby tříděním zvláštními třídiči nebo využíváním úletů z mlýnů slínku nebo i z pecí. Dlužno však upozornit, že zatím bylo navrženo použití úletů z cementu mletého bez přísady sádrovce a s výhodou za použití tenzidů, například na bázi lignosulfonanu sodného.

Pro dosažení příznivých užitných vlastností ztvrdlých hydratujících směsí z velmi jemných cementů, zejména vysokých pevností a jejich rychlého nárůstu, přijatelného smrštění, vysoké nepropustnosti a dalších, je třeba tyto směsi zpracovávat s co nejmenším obsahem vody účinnými prostředky. Takové směsi jsou však velmi obtížně ztekutitelné a vyžadují velmi účinných prostředků pro zpracování, například aktivačního míchání. Určité řešení je možné při použití tenzidů jako mlecí a jddle potřeby i plastifikaČní přísady; nevýhodou je snížení povrchového napětí vody, což způsobuje provzdušnění směsi, zejména u směsi z velmi jemného cementu. Toto provzdušnění jednak znesnadňuje ztekucení směsi na počátku míchání, jednak má nepříznivý vliv na pevnost a další užitné vlastnosti ztvrdlé směsi. Odpomoc je možná alespoň částečně užitím vakuového míchání, které je však náročné a nákladné. Jiné řešení spočívá v plastifikaci směsi nadměrnými dávkami tenzidů, jež mohou být přítomny v jemném cementu již z fáze mletí, a/nebo které jsou přidávány ve fázi zpracování. Takový , přístup sice ke ztekucení směsi vakuového míchání nepotřebuje, nicméně nepříznivý účinek provzdušnění zůstává. Užijeme-li jako tenzidů ve velkých dávkách látek na bázi lignosulfonanu sodného, je pak nevyhnutelné vyloučit z cementu přísadu sádrovce, který by lignosulfonany srážel. V tomto případu funguje lignosulfonan spolu s další nutnou přísadou u normálního, respektive kyselého uhličitanu alkalických kovů či alkalických zemin jako regulátor tuhnutí a tvrdnutí. Účinek tohoto regulačního systému je však nespolehlivý, něhot obé tyto přísady mohou v závislosti na koncentraci a dalších podmínkách tuhnutí jak zrychlovat, tak i zpomalovat, a může tedy dojít k inverzi účinku, které ani dalšími přísadami nelze bezpečně zabránit. Příznivý fyzikálně-chemický účinek lignosulfonanů, spočívající v možnosti snížit množství zóměsové vody, je tedy znehodnocen při jejich' předávkování nejistými účinky chemickými,

- 5 244 351 které mohou způsobit zejména předčasné ztuhnutí směsi před jejím zpracováním do formy nebo dokonce v míchačce či dopravníku»

Pokroku lze dosáhnout využitím tak zvaných superplastifikátorň, které zatím byly užívány jen za účelem zvýšení zpracovatelnosti běžných směsí z cementu obvyklé jemnosti, to je okolo 500 m^/kg nebo i méně. Pro zvýšení pevnosti snížením obsahu vody ve směsi, což tyto superplastifikátory umožňují, se jevilo jejich použití zatím většinou jako neekonomické. Jejich použití při přípravě hydratujících směsí z vělmi jemných cementů není zatím známo.

Uvedené nedostatky odstraňuje rychlovazné pojivo, zejména vzdušná nebo hydraulická maltovina, podle vynálezu, který spočívá v tom, že obsahuje pojivo s měrným povrchem nad 500 m^/kg a ztekucující přísadu na bázi sulfonovaného polykondenzátu fenolu nebo jeho derivátů, sulfonovaného nebo sulfurovaného polykondenzétu melaminu nebo jeho derivátů, sulfonovaného nebo salfurovaného polykondenzátu naftai·, nebo sulfonovaného nebo sulfurovaného polykondenzátu močovin nebo jejích derivátů, s formaldehydem nebo polycyklického sulfonanu, která má výrazný sférický účinek a snižuje povrchové napětí vody maximálně o 15 %, v množství o hmotnostní koncentraci 0,01 až 10 % na sušinu, s výhodou o hmotnostní koncentraci 0,2 až 2,5 %·

Jako pojivo s měrným povrchem nad 500 m^/kg je výhodné použít odprašky z mlýnů pro mletí běžných cementťi nebo pro mletí disperzních cementů se ztekucující přísadou. Lze použít též cement získaný mletím s přísadou jiných látek, například vápence, křemene, strusky, bentonitu, popřípadě jejich směsi, přičemž poměr plniva a pojivá se pohybuje v objemových mezích 1:1 až 10:1 a poměr středních velikostí zrn plniva a rychlovazného pojivá je menší než 1:2,5 a současně variační součinitel rozdělení četnosti velikostí zrn plniva je menší než 50 %.

Výhodou ztekucujících přísad podle vynálezu je skutečnost, že nesnižuje nebo jen nepatrně snižuje povrchové napětí vody, protože obsahuje jen slabé tenzidy, a že neovlivňuje zásadním způsobem chemické reakce, probíhající v tuhnoucích a tvrdnoucích

- 4 244 3S1 schnoucích a/nebo hydratujících směsích. Proto je možno tyto ztekucující přísady přidávat v relativně velkých dávkách ve srovnání s obyčejnými plastifikátory, například lignosulfonanovými^ a to bez nežádoucích účinků na průběh chemických reakcí. To umožňuje podstatně snížit vodní součinitel při zachování požadované zpracovatelnosti.

Hlavní výhodou užití vhodných ztekucujících přísad pro směsi z velmi jemných cementů, připravené s co nejmenším obsahem vody, je spolehlivost regulace hydratačních procesů, zejména tuhnutí a dosažení rychlého nárůstu pevností a dalších užitných vlastností. Směsi je možno předně připravovat z cementů obsahujících sádrovec, který se zatím osvědčil jako nejspolehlivější regulační přísada. Je-li při velmi jemném cementu tuhnutí velmi rychlé, lze přísadu sádrovce zvýšit. Je-li zapotřebí naopak rychlejší tuhnutí a tvrdnutí směsi, lze užít velmi jemného cementu se sníženým obsahem sádrovce. Jelikož připadá v úvahu prakticky jen užití frakce jemného cementu z výroby běžného cementu, bude v tomto posledním případě základní produkt této výroby na sádrovec chudší. To však u méně jemných cementů obvykle příliš nevadí, neboí jejich tuhnutí probíhá zvolna, eventuelně je možnost počátek jejich tuhnutí prodloužit dodatečným přimícháním rozemletého sádrovce do cementu, nebo s výhodou vytvořením směsného cementu ze etrusky s veteším obsahem síranů.

Užití ztekucující přísady vhodného druhu pro hydratující směsi z velmi jemných cementů je však výhodné i v případech, kdy tyto cementy neobsahují sádrovec vůbec a eventuálně je jejich hydratace regulována jinými způsoby. Ztekucující přísady totiž samy o sobě brzdí v počátečních fázích rozpouštění cementu tím, že ztěžují přístup vody k cementovým zrnůn^ a, oddálí tak počátek tuhnutí směsi. Tento účinek je však časově omezený, takže v pozdějších fázích neomezují tvorbu cementového kamene₍ a tím ani růst pevnosti.

Jelikož řada ztekucujících přísad má i intenzifikační účinek při mletí slínku, spočívá další jejich výhoda v možnosti jejich současného využití jako mlecí přísady, přičemž později při zpracování hydratující směsi se tato mlecí přísada znovu příznivě

- 5 244 351 uplatní jako superplastifikátor. Od intenzifikačního působení při mletí průmyslovými způsoby však nelze očekávat podstatné zvýšení povšechné jemnosti mletí, nýbrž pouze zrychlení postupu mletí, úspory energie a případně zvýšení výtěžnosti nejjemnějších částic nebo i zvětšení podílu získávaných jemných frakcí cementu.

Odstraněním nejjemnějších částic z vyráběného základního druhu cementu podle vynálezu se vyloučí nebo zmírní nebezpečí předčasného tuhnutí směsí z tohoto základního druhu cementu, které při použití intenzifikačních přísad pro mletí slínku existuje a pro běžné užití cementů je nežádoucí.

Mele-li se slínek se zvýšenou přísadou sádrovce, umele se tato přísada selektivně na vyšší měrný povrch než slínekj a proto se přednostně vytřídí do vyráběného velmi jemného cementu, který potřebuje zvýšené množství sádrovce pro regulaci sv.ého tuhnutí při velké jemnosti.

Pro získání ještě jemnějších cementů s ještě vyššími počátečními a konečnými vaznostmi a dalšími výhodnými vlastnostmi pro. speciální použití lze jemné frakce získané tříděním nebo ve formě úletů dále přemílat, a to bu3 za sucha a/nebo aktivovat, zpravidla v hydratující směsi intenzivních mícháním nebo vibraci. Při tomto přemiláni je účinnost rozmělňování vysoká, protože hrubší zrna jsou odstraněna, a mlecí proces proto neruší. '

Vytvoření směsného pojivá z velmi jemného cementu a ještě jemnějšího neaktivního plniva, především jílů, zvláště bentonitů, má velký význam pro injektážní práce, kde relativně hrubá zrna běžných cementů špatně pronikají do nejjemnějších dutin a kapilár, čímž omezují použitelnost jílocementových injektáží na relativně hrubozrnné materiály a na prostředí s relativně širokými trhlinami či dutinami.

Zvláště po stránce ekonomické se jeví použití velmi jemných po.jiv se způsobem zpracování padle vynálezu efektivním tehdy, je-li velmi jemné pojivo získáváno jako vedlejší produkt z výroby běžných pojiv, a to aí již tříděním nebo ve formě úletů. V takovém

- 6 244 351 případě nemusí být cena tohoto velmi jemného pojivá podstatněji vyšší než cena běžného základního produktu, avšak jeho množství je relativně malé. Proto lze počítat s využitím směpí z velmi jemných pojiv, zpracovávaných způsobempcdle vynálezu, především pro práce s malou spotřebou materiálů, jako jsou růiné zálivky s požadovanou vysokou pevností - zvláště počáteční, dále lepení a tmelení včetně vysprávek, injektáže le zvýšenými požadavky na tekutost a penetrační schopnost směsi a jiné. Vyloučeny však nejsou ani aplikace menšího rozsahu' pro prvky a konstrukce vysoce namáhané, například pro oblouky velikých rozpětí, pro sloupy velmi vysokých budov, pro předpjatý beton, pro těsnící clony, pro konstrukce nebo ochranné vrstvy v chemicky agresivním prostředí a podobně, nebo v případech, kde se požaduje rychlý počáteční růst pevnostj, to je zejména při rekonstrukcích, eventuelně v omezené míře i při zimní betonáži a v prefabrikaci.

Rychlovazné pojivo a způsob jeho výroby je osvětlen na následujících příkladech.

Příklad 1

Možnost přípravy a některé výhodné vlastnosti rychlovazného pojivajřlle vynálezu byly ověřeny orientační zkouškou, kdy odprašky, odebrané při výrobě portlandského cementu třídy 400 za mlýnicí cementu, vykázaly měrný povrch 700 m2/kg dle Blainea, zbytek na sítě 0,06 mm 5 % a zbytky na hrubších sítech nulové. Z těchto odprašků byla s přísadou 0,5 % sulfonováného pólykondenzátu fenolu a formaldehydu hmotnostně na množství pojivá připravena půle ČSN 72 2117 při hmotnostním poměru míšení pojivo:písek = 1:5, avšak při sníženém vodním součiniteli v;c = 0,5¾ na normové míchačce bez potíží malta. Tato malta měla počátek tuhnutí po 5° minutách a její pevnost v tlaku po 5 dnech tvrdnutí dosáhla 62 MPa.

Příklad 2

Příznivé vlastnosti rychlovazného pojiva|ndle vynálezu byly prokázány normovými zkouškami pile ČSN 72 2114, 72 2115, 72 2116,

2117 a ON 72 2142. Při mletí portlandského cementu třídy 400 byly odebrány vzorky odprašků z filtrů cementových mlýnů, tyto vzorky byly zhomogenizovány s přídavkem sušené ztekucovací přísa- 7 244 351 dy v množství 0,4 % hmotnostních a podrobeny technologickým zkouš kómjBtfle uvedených norem /měrný povrch, hustota a tuhnutí, objemová stálost, pevnost, roztékavost/. Podrobnější údaje a výsledky těchto zkoušek jsou přehledně sestaveny níže:

Serie	Filtry	Měrný povrch	Ztekucovací přísada: sulfonovaný polykondenzát
A	hadicové	552 m2/kg	fenolu s formaldehydem
B	II	600 m2/kg	melaminu s formaldehydem
Ό	elektro	625 m2/kg	naftalénu s formaldehydem
D	hadicové	600 m2/kg	močoviny s formaldehydem
	Tuhnutí	objemová	stálost roztékavost
	počátek	konec

A	1,3 hod	7,5	hod vyhovuj e			210	mm
B	1,1 hod	8,8	hod			215	mm
C	1,3 hod	5,6	hod			215	mm
D	1,1 hod	7,5	hod ”			210	mm
Se'rie	Pevnosti	v ohybu MPa	Pevnosti	v tlaku MPa
	Dny 1	3	7 28	1	3	7	28
A	4,8	8,3	9,1 11,2	18,5	40,5	49,5	60,8
B	7,6	8,7	9,5 10,1	37,'9	41,5	44,5	53,5
0	6,5	'7,8	8,8 9,5	35,5	39,9	42,2	53,8
D	7,4	8,2	9,3 10,6	39,5	42,5	45,7	54,8
Příklad
V	dalěí řadě	zkoušek byly sledovány	vlastnosti	, které výraz

ně odlišují rychlovazné pojivo |«£Le vynálezu od běžných cementů i od odprašků bez ztekucovací přísady» Bylo užito odprašků, získávaných při výrobě portlandského cementu třídy 400 z hadicových filtrů cementových mlýnů a pro srovnání uvedeného portlandského cementu. Z těchto pojiv byly odzkoušeny malty o hmotnostním poměru míšení pojivo:písek = 1:2 a o sníženém vodním součiniteli v;c = 0,4, ostatní podmínky byly v souladu s ČSN 72 2117 a CN 72 2142 Jako ztekucovací přísady bylo užito sulfonovaného pólykondenzátu melaminu s formaldehydem. Bližší údaje a výsledky jsou opět přehledně sestaveny níže:

244 3S1

Série Pojivo

Měrný povrch Ztekucovací Roztékavost Objemová stálost

I	PC 400	580	m2/kg			-	110	mm	vyhovuje
II	PC 400	580	m2/kg	2	%	hmot.	290	mm	vyhovuje
III	odprašky	610	m2/kg			-	80	mm	vyhovuje
IV	odprašky	610	m2/kg	2	%	hmot.	160	mm	vyhovuje
v	odprašky	622	m2/kg	2	%	hmot.	170	mm	vyhovuje
VI	odprašky	750	m2/kg	2	%	hmot.	185	mm	vyhovuje
Série Tuhnutí			Pevnosti v	ohybu	Pevnosti v tlaku
	počátek	konec		MPa			MPa

	po 4 h	6 h	24 h	po 4 h	6 h	24 h
I	1 h 50 min	9 h neměřitelné	4,1	neměřitelné	25,5
II	5 h 30 min	9 h 50 min		5,0	H		14,7
III	10 min	20 min 0,4	0,5	1,2	2,2	2,5	10,8
IV	50 min	1 h 5 min 5,1	4,9	6,9	15,9	22,9	44,1
v	55 min	1 h 2,4	5,7	8,9	9,4	14,5	48,1
VI	25 min	50 min 4,7	5,9	9,5	20,4	25,2	51,5
Z tabulky výsledků vyplývá výrazný	synergický	účinek při součas-

něm užití pojivá s extrémně vysokým měrným povrchem a ztekucovací přísady. Počáteční pevnosti malt z rychlovazného pojiva^sdle vy nálezu jsou mimořádně vysoké a takových pevností nelze u běžných silikátových cementů o měrném povrchu pod 500 m^/kg dosáhnout.

Naproti tomu odprašky samotné bez ztekucující přísady dávají při sníženém vodním součiniteli maltu jen obtížně zpracovatelnou, s příliš rychlým tuhnutím a s nedostatečnými pevnostmi. Rovněž u běžného portlandského cementu se ztekucující přísada v daném množství projevuje již nepříznivý a to ve snížených pevnostech a ve sklonu malty k rozměšování.

Příklad 4

Nakonec byla prokázána i vhodnost rychlovazného pojivajxdle vynálezu pro výrobu betonu o tak vysokých počátečních pevnostech, jakých při užití běžných portlandských cementů o měrném povrchu pod 500 m^/kg bez urychlování tvrdnutí nelze dosáhnout. Z odprašků jako v příkladu 4, ale o měrném povrchu 675 m²/kg a chemickém složení 51,5 % CaO, 20,0 % S1O2, 11,5 % A1₂O₅, 5,4 % SOj, 15,7 % R2O5 byly se ztekucovací přísadou sulfonovaného polykondenzátu

- 9 244 351 melaminu 8 formaldehydem namíchány v laboratorní míchačce s nuceným pohybem směsi dvě záměsi /a, b/ betonu o těchto složeních: odprašky 100 hmot J.

ztekucovací přísada /množství sušiny/ 2 hmotd.

říční písek Částice 0 až 4 mm 150 hiDotd· křemenná dři částice 4 až 8 mm 200 hmcíA voda /včetně vlhkosti písku a vody ve ztekucovací přísadě/ a/ 55 hmot d· b/ 55 hmptd.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   244 351,

   1. Rychlovazné pojivo, zejména vzdušná nebo hydraulická maltovína, vyznačující ae tím, že obsahuje pojivo s měrným povrchem nad 500 m^/kg a ztekucující přísadu na bázi sulfonovaného polykondenzátu fenolu nebo jeho derivátů, sulfonovaného nebo sulfurovaného polykondenzátu melaminu nebo jeho derivátů, sulfonovaného nebo sulfurovaného polykonden2átu nafteáfea nebo sulfonovaného nebo sulfurovaného polykondenzátu močoviny nebo jejích derivátů s formaldehydem nebo polycyklického sulfonanu, která má výrazný stérický účinek a snižuje povrchové napětí vody maximálně o 15 %, v množství o hmotnostní koncentraci 0,01 až 10 % na sušinu, s výhodou o hmotnostní koncentraci 0,2 až 2,5
2. 2. Rychlovazné pojivo podle bodu 1, vyznačující se tím, že, jako pojivo s měrným povrchem nad 500 m^/kg se použije odprašků z mlýnů pro mletí běžných cementů.
3. 3. Rychlovazné pojivo podle bodu 1, vyznačující se tím, že jako pojivo s měrným povrchem nad 500 m²/kg se použÁje odprašků z mlýnů pro mletí disperzních cementů se ztekucující přísadou, která má výrazný stérický účinek a snižuje povrchové napětí vody maximálně o 15 %.
4. 4. Rychlovazné pojivo podle bodu 1 až vyznačující se tím, že jako pojivo s měrným povrchem nad 500 m^/kg se použije cement získaný mletím s přísadou jiných látek, například vápence, křemene, strusky, bentonitu, popřípadě Jejich směsi.