PL231221B1 - Cement do zastosowań w obniżonych temperaturach - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest cement do zastosowań w obniżonych temperaturach, znajdujący zastosowanie w budownictwie zimowym.

W budownictwie stosuje się powszechnie wiele domieszek w mieszankach betonowych, umożliwiających betonowanie w niskich temperaturach. Należą do nich związki chemiczne (sole) bezchlorkowe, domieszki napowietrzające, domieszki uplastyczniające i upłynniające.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 44998 sposób wytwarzania szybkosprawnego cementu portlandzkiego o wysokich wytrzymałościach początkowych, charakteryzujący się tym, że do poddawanego zmieleniu wysoko litowego klinkieru cementu portlandzkiego, dodaje się siarczanu potasowego w ilości do 3% w przeliczeniu na SO3.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr PL 170947, domieszka przeciwmrozowa do betonu, dodawana do mieszanki betonowej podczas jej wykonywania, zwiększająca odporność świeżo wykonanego betonu na działanie mrozu. Domieszka składa się z mrówczanu sodowego albo wapniowego w ilości 40 do 60 części wagowych, soli sodowej polikondensatów formaldehydowych kwasu beta - naftalenosulfonowego o stopniu kondensacji 7 do 10 w ilości 25 do 40 części wagowych, mocznika w ilości 5 do 20 części wagowych, nonylofenolu oksyetylowanego o n=8 do 10 w ilości 0,1 do 1 części wagowych oraz ewentualnie glikolu etylenowego w ilości do 3 części wagowych.

Znany jest z chińskiego opisu patentowego CN101386482 B cement mrozoodporny, zawierający chlorek wapnia, chlorek sodu, azotynu sodu, siarczan sodu, gips, trietanoloaminę, ałun.

Znany jest z chińskiego zgłoszenia patentowego CN102485681 A, cement mrozoodporny zawierający glinian wapniowy, tiocyjanian sodowy, uwodniony krzemian wapnia, trietanoloaminę, ałun i gips.

Znana jest z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO1983004018 A1, hydrauliczna mieszanka cementowa zawierająca cement hydrauliczny, kruszywo, ilość wody niezbędną do przeprowadzenia hydratacji cementu i domieszkę zawierającą jedną część wagową związku lub mieszaniny dwóch związków należących do grupy sulfonowanych plastyfikatorów melaminowo formaldehydowych i jedną dwudziestą części wagowych cementu związku lub mieszaniny dwóch lub więcej związków należących do grupy rozpuszczalnych w wodzie azotanów, azotynów oraz uretanów obecnych w ilości do 10% wagowych cementu celem poprawy dojrzewania mieszanki cementowej bez efektów ubocznych wywieranych na właściwości fizyczne i wytrzymałość mieszanki cementowej.

Celem wynalazku jest otrzymywanie cementu do zastosowań w obniżonych temperaturach, którego wysokie ciepło hydratacji (485 J/g) oraz wysokie wytrzymałości początkowe, zapewnią możliwość wiązania i twardnienia w ujemnych temperaturach. Cement do zastosowań w obniżonych temperaturach znajdzie zastosowanie przy produkcji spoiw, zapraw, betonów stosowanych przede wszystkim do prac wymagających w krótkim okresie czasu, wysokich wytrzymałości, na przykład w budownictwie „zimowym” przy naprawie płyt lotniskowych oraz wszelkich napraw wymagających szybkiego przyrostu wytrzymałości przy jednoczesnym występowaniu ujemnych temperatur.

Cement według wynalazku, otrzymuje się poprzez zmieszanie cementu portlandzkiego o zawartości glinianu trójwapniowego (C3A) w ilości poniżej 1% wag. i klasie wytrzymałości N, w ilości 50%80% wag. oraz glinoferrytu wapnia (C6A2F) o stosunku molowym tlenku glinu (III) do tlenku żelaza (III) (Al2O3/Fe2O3), 0,36-2,23, w ilości 20%-50% wag., o średnicy ziaren 0,090-0,056 mm oraz zawartości akcesorycznych dodatków reaktywnych faz, jak glinian jednowapniowy (CA) w ilości 2%-6% wag. glinoferrytu wapnia (C6A2F) oraz majenit (C12A7) w ilości 4%-15% wag. glinoferrytu wapnia (C6A2F).

Korzystnie zawartość glinoferrytu wapnia (C6A2F) o stosunku molowym tlenku glinu (III) do tlenku żelaza (III) (AbO3/Fe2O3), równym 2,2, wynosi 39% wag.

Korzystnie zawartość w glinoferrycie wapnia (C6A2F) glinianu jednowapniowego (CA) wynosi 5% wag., majenitu (C12A7) 10% wagowych.

Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość otrzymywania cementu do zastosowań w ujemnych temperaturach o wysokich wytrzymałościach początkowych. Produkt końcowy jest odporniejszy na korozje bez utraty parametrów wytrzymałościowych.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony poniżej w przykładzie wykonania.

P r z y k ł a d

Zmieszano 61% wag. cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości 42,5N o zawartości glinianu trójwapniowego (C3A) poniżej 1% wag. z 39% wag. glinoferrytu wapnia (C6A2F) o stosunku molowym tlenku glinu (III) do tlenku żelaza (III) (Al2O3/Fe2O3), równym 2,2 i średnicy uziarnienia 0,063 mm,

PL 231 221 Β1 zawierającym akcesoryczne dodatki reaktywnych faz, jak glinian jednowapniowy (CA) w ilości 5% wag., glinoferryt wapnia (C6A2F) oraz majenit (C12A7) w ilości 10% wagowych glinoferrytu wapnia (C₆A₂F).

W procesie hydratacji cementu portlandzkiego, w pierwszych 3 godzinach procesu, powstał ettringit glinowyżelazianowy (C3(A,F)-3CaSO4-32H2O) oraz uwodnione glinoferryty i gliniany wapnia oraz uwodnione krzemiany wapnia [C2(A,F)H6], [C3(A,F)H6j.

Do przeprowadzenia badań sporządzono zaprawę, w której stosunek cementu do piasku normowego wynosił 1: 2,75, a stosunek wody do cementu (W/C) wyniósł 0,45. Próbki przetrzymywano w temperaturze -15°C.

Wyniki badań wytrzymałości na ściskanie zapraw wykonanych z cementu według wynalazku i cementu „Chełm” 42,5N, umieszczono w tabeli 1 poniżej. Cement „Chełm” o klasie wytrzymałości 42,5 N posiada bardzo niską zawartość glinianu trójwapniowego (C3A) i jest produkowany jedynie w Cementowni Chełm w Polsce.

Tabela 1

Wytrzymałość na ściskanie w MPa
Ilość dni	1	3	7	28	90
Cement według wynalazku	5,6	7,1	11,2	20,5	26,8
Cement Chełm 42,5N	0	0,5	2,9	5,4	9,3

Wraz z rozwinięciem powierzchni glinoferrytu wapnia (C6A2F) przy podanej powyżej średnicy uziarnienia, wzrosła jego aktywność w stosunku do wody, a co za tym idzie ciepło hydratacji oraz stopień przereagowania. Im większa powierzchnia glinoferrytu wapnia (C6A2F), który domieszany był do cementu portlandzkiego, tym wyższa jego aktywność w cemencie do zastosowań w ujemnych temperaturach i tym samym lepszy cement.

Dzięki obecności faz uwodnionych glino ferrytów i glinianów wapnia C2(AF)H6, C3(AF)H6, które są produktami hydratacji glinoferrytów wapnia, zwiększyła się wytrzymałość cementu, w skład którego wchodzą te hydraty, co zwiększa odporność produktu na wszelkie korozje wynikające z jego ekspozycji.

Z przeprowadzonych badań wynika, że cement według wynalazku osiąga wyższe wytrzymałości początkowe po 1 dniu, wynoszące 5,6 MPa, w stosunku do cementu bez dodatków, którego wytrzymałość po 1 dniu wynosi 0 MPa. Po 28 dniach cement według wynalazku osiąga wytrzymałość na ściskanie wynoszącą 20,5 MPa, przy ujemnej temperaturze otoczenia -15°C.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Cement do zastosowań w obniżonych temperaturach, zawierający domieszkę umożliwiającą betonowanie w niskich temperaturach, znamienny tym, że zawiera 50%-80% wag. cementu portlandzkiego o klasie wytrzymałości N o zawartości glinianu trójwapniowego (C3A) w ilości poniżej 1% wag. oraz 20%-50% wag. glinoferrytu wapnia (C6A2F) o stosunku molowym tlenku glinu (III) do tlenku żelaza (III) (AbO3/Fe2O3), 0,36-2,23, o średnicy ziaren 0,090-0,056 mm oraz zawartości akcesorycznych dodatków reaktywnych faz, jak glinian jednowapniowy (CA) w ilości 2%-6% wag. glinoferrytu wapnia (C6A2F) oraz majenit (C12A7) w ilości 4%-15% wag. glino ferrytu wapnia (C6A2F).
2. 2. Cement według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość glinoferrytu wapnia (C6A2F) o stosunku molowym tlenku glinu (III) do tlenku żelaza (III) (Al2O3/Fe2C>3), równym 2,2, wynosi 39% wag.
3. 3. Cement według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość w glinoferrycie wapnia (C6A2F), glinianu jednowapniowego (CA) wynosi 5% wag., a majenitu (C12A7) wynosi 10% wagowych.