Цементная композиция - RU2621784C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области цементных композиций, цементирующих композиций, композиций гидравлических связующих материалов, композиций строительных растворов, бетонных композиций» (далее эквивалентно называются также «системы»), а именно к типу композиций (или «систем») цемента/гидравлических связующих материалов, строительных растворов, бетона, которые содержат, по меньшей мере, один измельченный минерал типа (типов) карбоната кальция в качестве наполнителя, к их применениям, а также к соответствующим цементным материалам, строительным растворам, бетонным продуктам или элементам, причем указанный наполнитель «усовершенствуется» согласно настоящему изобретению до «высокотехнологичного» или «высококачественного» (HP) уровня эксплуатационных характеристик благодаря способу, который представляет собой существенную часть настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к конкретному способу изготовления указанных композиций или «систем» (данные термины предназначены для использования в качестве эквивалентных в настоящей заявке и формуле изобретения) цемента, гидравлического связующего материала, строительного раствора, бетона, к получаемым данным способом композициям, цементным материалам, строительным растворам и бетонным продуктам, а также к их применениям.

Предшествующий уровень техники

Следует отметить, что цементная система (или эквивалентно «композиция») представляет собой систему, содержащую частицы цемента, воду для смешивания (или эквивалентно водную композицию для смешивания, не вносящую помех в указанную систему, которая известна специалисту в данной области техники), наполнитель (наполнители), разнообразные необязательные и обычные добавки, такие как воздухововлекающие добавки, замедлители твердения, ускорители твердения и подобные материалы, а также любые такие обычные добавки, которые хорошо известны специалисту в данной области техники.

Система строительного раствора дополнительно содержит инертный зернистый материал, обычно песок.

Помимо этого бетонная система дополнительно содержит гравий.

Представленная выше информация является хорошо известной и распространенной.

Для целей простоты, и также, поскольку настоящее изобретение относится к использованию добавок, предназначенных для улучшения или «усовершенствования» свойств любой из данных трех систем, термины «цементные системы» (или «композиции») будут далее использоваться для описания любой из вышеупомянутых трех основных видов композиций или «систем», то есть композиций или систем цемента, цементирующего материала, гидравлического связующего материала, строительного раствора или бетона. Специалист в данной области техники сможет определить, что данная система представляет собой цемент, строительный раствор или бетонную композицию, учитывая присутствие или отсутствие песка и/или гравия. Такое упрощение становится возможным, поскольку песок и гравий представляют собой инертные материалы, и, таким образом, не влияют в заметной степени на настоящее изобретение.

Кроме того, следует отметить, что даже если в последующем тексте приведенная информация описывает, например, «цементные системы», она также применяется с соответствующими изменениями к системам любого из остальных четырех видов. Единственное различие между системами представляет собой присутствие или отсутствие песка и/или гравия.

В таких композициях часто используют пластифицирующую добавку (добавки).

В данной области европейский патент EP 0663892, выданный фирме CHRYSO, определенно представляет собой наиболее соответствующий документ, который описывает пластифицирующие полимеры для минеральных суспензий без гидравлического твердения или суспензии гидравлических связующих материалов.

Описанные применения представляют собой композиции покрытий для бумаги, красок, синтетических полимеров или каучуков.

Согласно указанному предшествующему уровню техники, было известно введение пластифицирующих добавок в суспензии минеральных зернистых материалов для снижения их вязкости и, в частности, для изготовления бумаги, где это приводит к повышению концентраций минеральных веществ, улучшению технологичности и сокращению расхода энергии на сушку. Например, это используют в связи с суспензиями карбоната кальция.

Кроме того, известно введение таких пластифицирующих добавок в «цементные» (в широком смысле, разъясненном выше) суспензии, на этот раз с целью уменьшения их водосодержания и получения «цементной» композиции с «более плотной структурой» после твердения.

Возникающие проблемы представляют собой влияние электролитов, которое уменьшает пластифицирующий эффект и заставляет увеличивать количество пластифицирующей добавки (что увеличивает стоимость), а также, в случае «цемента», необходимость не изменять в отрицательную сторону ни характеристики твердения цементной композиции, ни ее конечные свойства.

Некоторые хорошо известные пластифицирующие добавки представляют собой суперпластификаторы или пластификаторы.

К данной области относится европейский патент EP 0663892, выданный фирме CHRYSO, а также французские патенты FR 2815627 и FR 2815629 и международная патентная заявка WO 2008/107790, которые также описывают представляющие интерес суперпластификаторы.

Некоторые известные пластифицирующие добавки в меньшей степени влияют на время твердения, но все же являются неудовлетворительными, такие как продукты конденсации сульфонированного нафталина и формальдегида или меламиноформальдегида с сульфонированным соединением. Некоторые из этих продуктов также представляют собой суперпластификаторы, но являются значительно менее предпочтительными.

Кроме того, европейский патент EP 0099954 относится к пластифицирующим добавкам, получаемым конденсацией аминосульфокислоты, имеющей, по меньшей мере, ароматическое кольцо, с азотсодержащими соединениями, имеющими несколько аминогрупп, и формальдегидом.

Указанные добавки не задерживают в значительной степени твердение цементных композиций, но являются высокочувствительными к электролитам, когда появляется их «активность». Их также можно получать в низких концентрациях, обычно составляющих не более чем приблизительно 40% от сухой массы, поскольку любое увеличение концентрации, в свою очередь, повышает их вязкость до недопустимых уровней.

Краткое описание желательных свойств представлено в вышеупомянутом европейском патенте на странице 3, начиная со строки 15.

Также известно добавление наполнителя (наполнителей) в композиции или «системы» цемента, гидравлических связующих материалов, цементирующих материалов, бетона или строительного раствора.

Цель добавления такого наполнителя (наполнителей) заключается в том, чтобы заполнить пустоты между частицами, уменьшить суммарную стоимость и в высокой степени улучшить свойство, называемое «консистенция» (консистенция представляет собой способность или неспособность рассматриваемых систем к легкому течению или «самовыравниванию»), и свойство, называемое «компактность» (то есть процентное содержание сухого материала в конечной композиции (чем выше это процентное содержание, тем лучше компактность)).

В настоящем изобретении указанный используемый наполнитель (наполнители) определяют как «наполнитель (наполнители) на основе карбоната кальция», то есть в настоящей заявке и формуле изобретения предусмотрены только материал (материалы) на основе карбоната кальция (возможно, имеющие различное происхождение, такие как разнообразные натуральные горные породы или разнообразные виды PCC), и это означает отсутствие любого другого наполнителя иного типа, такого как каолин, бентонит и т.д., известного специалисту в данной области техники, и предпочтительно предусмотрены (когда наполнитель (наполнители) представляют собой или содержат GCC) карбонатные горные породы или, в более общем случае, минеральные материалы, содержащие, по меньшей мере, от 50 до 65%, предпочтительно более чем 80%, предпочтительнее более чем 90% CaCO₃ в сухой массе; в качестве этого наполнителя (наполнителей) выбирают:

- материал (материалы) на основе натурального карбоната кальция или тонкодисперсного карбоната кальция (GCC), такие как, без ограничения, GCC из мрамора, мела, кальцита или из других встречающихся в природе хорошо известных форм натурального карбоната кальция, которые предпочтительно соответствуют приведенным выше критериям процентного содержания;

- материал (материалы) на основе PCC, который представляет собой осажденный карбонат кальция, и существует в разнообразных хорошо известных формах, зависящих от хорошо известного способа осаждения/изготовления;

- или смесь указанных содержащих CaCO₃ горных пород или минеральных материалов друг с другом, а также смеси или композиции материала (материалов) на основе GCC и PCC.

Соотношение GCC/PCC можно выбирать от 0/100 до 100/0% от сухой массы, предпочтительно от 30/70 до 70/30% от сухой массы.

Обычно «наполнитель» имеет следующие свойства:

Содержание примесей (анализ с метиленовым синим) составляет менее чем 10 г/кг, предпочтительно менее чем 3-5 г/кг, предпочтительно менее чем 1-1,5 г/кг, причем наиболее предпочтительное значение составляет 1,2 г/кг.

Медианный диаметр частиц или d₅₀ составляет приблизительно от 1-3 до 30-50 мкм при измерении с использованием оборудования/методики для определения распределения частиц по размеру (PSD) модели 2000 от фирмы Malvern.

- Удельная поверхность по Блейну (Blaine), которая, как хорошо известно, представляет собой характерный признак наполнителей, составляет от 180 до 2000 м²/кг, предпочтительно от 300 до 800 м²/кг при измерении в соответствии со стандартами Европейского Союза (европейский стандарт EN 196-6).

Как известно, «цементную» (в вышеупомянутом широком смысле) композицию или «систему» составляют, главным образом:

цемент (или цементирующая композиция или гидравлический связующий материал) + вода для смешивания или водная композиция для смешивания, допускающая твердение, но не вносящая помех в систему) + необязательно (обычно инертный) зернистый и/или волокнистый наполнитель (наполнители) + инертный агломерат (агломераты), такие как необязательно песок + необязательно инертный гравий (плюс необязательно хорошо известные добавки, не описанные подробно или полностью в настоящей заявке, такие как ускорители твердения, замедлители твердения, воздухововлекающие добавки и т.д.) + прочие «обычные» добавки, предназначенные для точного выполнения требований конечного пользователя.

Наполнители, такие как песок, инертный гравий или естественные смеси наполнителей представляют собой известные материалы, которые настолько часто используют, что в настоящем документе не требуется их описание.

Как обсуждалось выше, настоящее изобретение также относится в равной степени (используя для простоты общий термин «цемент») к композициям или «системам» строительных растворов (в которых содержится, как указано выше, инертный материал, такой как песок, но отсутствует гравий) и к цементным композициям (подобным указанному выше, но не содержащим ни гравия, ни песка).

«Главным образом» означает в настоящем документе, что система может содержать в виде примесей или следов некоторые добавки или вспомогательные материалы, не упоминаемые в настоящей заявке, такие как воздухововлекающие добавки, ускорители, замедлители и т.д.

«Вода для смешивания» означает в настоящей патентной заявке чистую воду для смешивания или водные композиции для смешивания, которые представляют собой, главным образом, воду плюс обычные добавки, обеспечивающие нормальное твердение «цементных» композиций, не влияя на другие свойства всей композиции, или только, посредством добавок, улучшающих некоторые обычные свойства.

«Наполнители» в настоящем изобретении точно определены выше как наполнители, содержащие в любой известной форме (а именно GCC и/или PCC) только твердый материал на основе CaCO₃, а также необязательно частицы некоторых других инертных наполнителей или волокнистый материал, такой как конопля и т.д., но не содержащие никакой другой тип наполнителя, такой как каолин, бентонит и т.д., и их разнообразные смеси.

Во всем тексте настоящей заявки и формулы изобретения термин «инертный» означает материал, который не производит заметное (или ощутимое) воздействие или влияние на способ согласно настоящему изобретению и получаемые композиции, продукты и применения. Зная используемые ингредиенты, любой специалист в данной области техники сможет легко оценить это свойство.

Таким образом, согласно предшествующему уровню техники «цементные» (в широком смысле, который определен выше) системы до настоящего времени составляли, главным образом:

цемент (или гидравлические связующие материалы или цементирующие композиции) + вода для смешивания (или водные композиции для смешивания, не вносящие помех в систему) + необязательно инертный материал (материалы) такие как песок + необязательно гравий + наполнитель (наполнители) + «обычные» добавки.

Кроме того, известно, что цемент/гидравлические связующие материалы/цементирующие композиции, цементы, строительные растворы и бетонные композиции можно, в основном, классифицировать на:

сухие системы неудовлетворительного или «низкого» качества (высокая вибрация и энергоемкость при осуществлении литья);

пластические системы среднего качества (средняя вибрация и энергоемкость);

текучие системы высокого качества или HP (низкая вибрация и энергоемкость).

Для классификации систем применяют очень простое испытание, используя «выравнивание миниконуса», известное как «испытание самовыравнивания» или «испытание выравнивания конуса при вытекании».

Данное испытание хорошо известно, и его проводят следующим образом, согласно признанному стандарту EN 196-1; указанный стандарт точно определяет используемое смесеприготовительное (также разминающее) устройство, скорость вращения, а также все и любые параметры, используемые для воспроизведения испытания. Таким образом, в настоящем документе не требуются дополнительные разъяснения или определения для целей ясности или воспроизводимости.

Для упрощения во всем тексте настоящей заявки термин «цемент» означает не только цементный материал, но также цементирующие композиции, композиции гидравлических связующих материалов (отличающихся от цемента) и их смеси. Как указано выше, он также означает соответствующие строительные растворы и бетоны.

Испытание самовыравнивания:

Как правило, «системы» цемента, строительного раствора или бетона изготавливают, перемешивая перечисленные выше ингредиенты согласно обычной практике, которая описана ниже более подробно, хотя технологические условия хорошо известны, затем смесь выливают в соответствии с условиями вышеупомянутого стандарта, в перевернутый конус, в нижней точке которого находится отверстие (указанный стандарт определяет размеры, а также все и любые параметры, используемые в данном испытании).

Таким образом, система цемента, строительного раствора или бетона втекает в указанный конус, и вытекает из него через нижнее отверстие, падая на горизонтальную плиту, образуя фигуру с направленным вверх острием («маяк»).

Здесь образуется «пластина» или «конус» также известный как «форма от сухой до пластической»; измеряют диаметр и визуально определяют свойство, например липкость и «плотность», причем последнее свойство характеризует «медленную» или «вязкую» смесь, то есть если она «плотная», с ней трудно работать.

Чем больше диаметр, тем более текучей является система. Это основное испытание для заданной высокой консистенции, которая представляет собой цель настоящего изобретения.

С учетом качества исходного наполнителя, предназначенного для использования в бетонной системе, а именно места его производства, морфологии и т.д., получаемый в результате конус будет иметь различный диаметр, что свидетельствует об изменении текучести.

В качестве примера, GCC, который, как известно, используют, практически или совершенно не добавляя воды для смешивания, и который проявляет такие ценные свойства, образует очень текучую, не липкую цементную или бетонную композицию. Такую композицию можно в полной мере использовать для «высокотехнологичных» (то есть «высококачественных» или HP) бетонных композиций, называемых выше термином «текучие».

В свою очередь, наполнитель, а именно содержащий GCC наполнитель, поглощает или использует значительное количество воды или содержит некоторые примеси и т.д. Полученная в результате композиция будет менее текучей, и станет в некоторой степени липкой. Конечный пользователь будет вынужден, помимо прочего, добавлять корректирующий вспомогательный материал (и нести связанные с этим дополнительные расходы и соответствующий риск вторичного эффекта композиции в целом) и/или вводить дополнительную воду (таким образом, нанося ущерб консистенции и вызывая связанные с этим риски). Такие композиции будут использоваться в качестве композиций среднего качества, называемых выше термином «пластические».

С другой стороны, использование наполнителя, а именно GCC низкого качества, приведет к композиции, которая выходит из смесителя в форме липких гранул. Их можно использовать только для сухих бетонных композиций, которые не представляют собой часть настоящего изобретения.

Это испытание будет достаточным для специалиста в данной области техники, чтобы оценивать исходный материал (материалы) на основе GCC и/или PCC.

То же самое действительно с соответствующими изменениями при использовании PCC или смеси GCC/PCC.

Чтобы предоставить специалисту в данной области техники полезное руководство и информацию о значении терминов «низкокачественный», «среднекачественный или «высококачественный» (HP) относительно наполнителя, ниже приведена таблица A с описанием десяти наполнителей от A до K, имеющих различное происхождение и морфологию (как предусмотрено для характеристики специалистом в данной области техники), которые были испытаны в отношении разнообразных свойств и качеств или недостатков, причем на каждой строчке дана классификация качества: «низкое», «среднее» или «высокое».

Используют 3 г или соответственно 4 г суперпластификатора Premia 196, который поставляет на продажу фирма CHRYSO, и который представляет собой товарный продукт в концентрации 25,3% от сухой массы цемента (при измерении сухого экстракта согласно стандарту EN 480-8).

В указанной таблице A «+15% B», очевидно, означает добавление 15% продукта B для изготовления смеси или композиции, причем проценты означают соотношение сухой массы добавки и сухой массы смеси.

Аналогичным образом, столбцы «3 г» и «4 г» означают, что добавлено, соответственно, 3 или 4 г указанного суперпластификатора по отношению к сухой массе одного цементного компонента.

«Млн лет» означает «миллионов лет» (возраст горной породы).

«Содержание примесей» означает результат испытания на чистоту с метиленовым синим.

Это введение настоящей заявки четко показывает необходимость улучшенных систем или композиций цемента, строительного раствора или бетона, имеющих улучшенную компактность (максимально возможное процентное содержание сухого материала), улучшенную текучесть (то есть образуется не липкая «пластина» или «конус» большого диаметра в описанном выше испытании, причем, чем больше диаметр, тем выше текучесть), а также, вообще говоря, определенно улучшенную «технологичность» (технологичность представляет собой пригодность цементной или бетонной композиции для изготовления, переработки, обращения и использования для получения высококачественного или «высокотехнологичного» бетона) и значительно улучшенную «воспроизводимость» свойств конечного продукта, в частности, на уровне конечного пользователя.

Очевидно, некоторые из этих желательных свойств являются противодействующими, и, например, следует ожидать, что высокое процентное содержание сухого материала приведет к неудовлетворительным результатам в испытании текучести.

Решаемая техническая проблема (проблемы)

Основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать способ, предназначенный для изготовления улучшенных «высококачественных» текучих систем или композиций цемента, строительного раствора или бетона, имеющих улучшенную компактность (максимально возможное процентное содержание сухого материала), улучшенную текучесть (то есть образуется не липкая «пластина» или «конус» большого диаметра в описанном выше испытании, причем, чем больше диаметр, тем выше текучесть), а также, вообще говоря, определенно улучшенную «технологичность» (технологичность представляет собой пригодность цементной или бетонной композиции для изготовления, переработки, обращения и использования для получения высококачественных или «высокотехнологичных» систем или композиций цемента, строительного раствора или бетона).

Еще одно свойство, которое отсутствует на предшествующем уровне техники, несмотря на его высокую потребность в промышленности, представляет собой «воспроизводимость» свойств конечных систем.

Неожиданно было обнаружено, что согласно настоящему изобретению данный набор задач можно решить, обрабатывая наполнитель (наполнители) определенным образом, как описано ниже, при использовании лишь незначительных количеств средств для обработки, и получая весьма выразительный технический эффект.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение представляет собой, в первую очередь, способ изготовления определенных выше композиций или систем цемента/строительного раствора/бетона (для простоты далее называются «цементные» композиции или системы), общеизвестного типа, как определено выше, содержащих наполнитель (наполнители), в которых наполнитель (наполнители) представляет (представляют) собой или содержит (содержат) «наполнитель (наполнители) на основе карбоната кальция», как определено выше, отличающийся тем, что он включает, по меньшей мере, одну стадию, где указанный наполнитель на основе карбоната кальция (наполнители) обрабатывают эффективным для обработки количеством, по меньшей мере, одного средства для обработки, содержащего или представляющего собой суперпластификатор (суперпластификаторы).

Данная обработка предусмотрена только для части наполнителя (наполнителей), представляющей собой материал (материалы) на основе карбоната кальция, а, например не для других зернистых или волокнистых наполнителей, если они существуют, которые считаются инертными в данном процессе.

Этот предпочтительный вариант или наилучший режим называется термином «предварительная обработка» или эквивалентно «предварительный режим» (в таблицах 1-6, которые соответствуют лабораторным экспериментам, где наполнители предварительно обрабатывают в небольшом лабораторном смесителе).

Следует отметить, что испытания «Lödige», упомянутые в указанных таблицах, также представляют собой испытания предварительной обработки согласно настоящему изобретению, но выполненные с использованием хорошо известного промышленного смесеприготовительного устройства, так называемого оборудования фирмы Lödige.

Термин «представляющий собой или содержащий» означает, что наполнители могут содержать материал (материалы) на основе карбоната кальция, необязательно смешанный (смешанные) с не вносящими помех наполнителями, и что средство (средства) для обработки может (могут) представлять собой исключительно суперпластификатор (суперпластификаторы) или смеси суперпластификатора (суперпластификаторов) и не вносящих помех пластификатора (пластификаторов) (как определено ниже) и/или обычных инертных добавок.

Термины «степень эффективной обработки» или «эффективное поверхностное покрытие частиц или зерен наполнителей» «или «эффективно обработанный», использованные авторами в настоящей заявке, означают, что, по меньшей мере, 50, предпочтительно, по меньшей мере, 60 или лучше, по меньшей мере, 80 или 90% или еще лучше ближе к 100% поверхности частиц наполнителя (наполнителей) подвергали физико-химическому взаимодействию с суперпластификатором (суперпластификаторами). На момент подачи настоящей заявки это физико-химическое взаимодействие понятно не в полной мере, и только его эффекты и результаты, надлежащим образом, определены и коррелированы с суперпластификатором (суперпластификаторами) для обработки, но, не ограничиваясь какой-либо теорией, заявитель считает, что указанное взаимодействие или «обработка» представляет собой обработку поверхности или обработку с нанесением «поверхностного покрытия», что включает ионные, физические, механические и/или химические виды обработки и использование указанного взаимодействия (взаимодействий). Таким образом, эта эффективная обработка или степень обработки должна быть достаточно значительной, чтобы охватывать указанную процентную долю поверхности частиц, как далее будет разъяснено, и описано более подробно.

Термин «поверхностное покрытие» означает, что суперпластификаторы, по мнению заявителя, без ограничения теорией, принимают участие во взаимодействии потенциалов электрических зарядов с ионными зарядами поверхности наполнителя, что способствует фиксации суперпластификатора на поверхности и/или вблизи поверхности, и, таким образом, уменьшается «доступная» поверхность частиц, и указанная обработка не обеспечивает насыщения поверхности зерен.

Этому соответствует «разблокирование» частиц или зерен, что сначала «инициирует» и затем развивает свободу подвижности частиц друг относительно друга.

Это представляет собой не процесс псевдоожижения, а «инициирующее действие», приводящее к процессу разблокирования или внезапному устранению взаимодействия/трения между частицами, без которого невозможно достижение остальных свойств и, в частности, требуемой текучести.

Считается, что эта «инициируемая» таким способом функция «разблокирования» представляет собой один из наиболее важных параметров, позволяющих оценить соответствующую «обработку» или «поверхностное покрытие».

Термин «содержащий» в настоящей заявке означает, что средство для обработки может содержать исключительно суперпластификатор (суперпластификаторы) (один или несколько, смешанных друг с другом, предпочтительно один) или смеси суперпластификатора (суперпластификаторов), которые не проявляют взаимодействия друг с другом (то есть оказываются неспособными в значительной степени влиять на вышеупомянутую «обработку»), включая количество или соотношение известного пластификатора (пластификаторов) для цели снижения расходов, как ниже разъясняется более подробно.

1. Согласно наилучшему варианту осуществления настоящего изобретения, как определено в настоящее время, указанный наполнитель (наполнители) эффективно обрабатывают перед введением в смесеприготовительное устройство («предварительная обработка», также называемая «первоначальной» в таблицах 1-6), например, используя внешнее смесительное лабораторное оборудование; в промышленном масштабе, такую предварительную обработку можно осуществлять, используя промышленное устройство, такое как смеситель Lödige, или любое другое промышленное смесеприготовительное оборудование, известное в технике.

2. Согласно менее предпочтительному варианту осуществления указанный наполнитель (наполнители) обрабатывают после введения в смесеприготовительное устройство («внутренняя обработка»). В таком случае указанный наполнитель (наполнители) эффективно обрабатывают после введения в смесеприготовительное устройство («внутренняя обработка») наполнителем (наполнителями), и эффективное для обработки количество средства (средств) для обработки вводят в смесеприготовительное устройство одновременно или таким образом, что наполнитель (наполнители) и эффективное количество средства (средств) для обработки поступают раздельно, но очень близко по месту и времени.

3. Согласно еще одному варианту осуществления указанный наполнитель (наполнители) эффективно обрабатывают частично перед введением в смесеприготовительное устройство («частичная предварительная обработка»), например, используя хорошо известное оборудование Lödige, и частично после введения в предварительно обработанном состоянии в указанное смесеприготовительное устройство, причем всего две частичные обработки являются «эффективными» в отношении степени обработки, поверхностного покрытия и т.д., как определено выше, причем в «смешанной обработке» вторую часть или количество средства (средств) для обработки вводят в смесеприготовительное устройство одновременно с предварительно обработанными наполнителями или таким образом, что предварительно обработанный наполнитель (наполнители) и вторая часть средства (средств) для обработки поступают раздельно, но очень близко по месту и времени.

Когда наполнитель (наполнители) предполагается обрабатывать, по меньшей мере, частично внутри смесеприготовительного устройства («смешанная обработка»), специалист в данной области техники понимает, что соответствующее количество или соотношение суперпластификатора (суперпластификаторов) для обработки требуется добавлять непосредственно в указанное смесеприготовительное устройство или смешивать с рассматриваемым наполнителем непосредственно перед введением в смесеприготовительное устройство, используя в последнем случае, например, взвешивающее устройство («весы»), которое установлено непосредственно перед вводом порошкообразных продуктов в смесеприготовительное устройство. Термин «непосредственно перед» легко понять как такое место и время, когда наполнитель (наполнители) и средства для обработки не имеют возможности или времени для взаимного смешивания, что могло бы вызвать начало обработки. Хороший пример представляют собой весы, на которые два порошка помещают вместе и затем почти немедленно вводят в смесеприготовительное устройство без предварительного приготовления смеси.

Значительно более предпочтительно выбирать место и время введения указанного соотношения средства для обработки максимально близко, насколько это возможно, к месту и времени введения частично обработанного наполнителя (наполнителей), таким образом, чтобы не происходило разбавления ранее введенными продуктами, которые уже присутствуют в смесеприготовительном устройстве (такими как песок, гравий, вода для смешивания, необязательно обычные добавки), чтобы средство для обработки было в полной мере доступным для наполнителя (наполнителей).

Это также является верным в отношении варианта «внутренней обработки».

По существу, в обоих вариантах, если место и время введения наполнителя чрезмерно удалено от места и времени введения средства для обработки независимо от порядка введения, возможен переход в режим обработки, которая является чрезмерно поздней; фактически, это приводит к возможному «расходованию» средства для обработки на другие ингредиенты перед введением наполнителя, или, в том случае, если наполнитель вводят в первую очередь, это приводит к последующей обработке, то есть к режиму «последующего введения» в таблицах 1-6 (при «последующем введении» средства (средств) для обработки через определенное время после введения наполнителя, как будет видно из таблиц 1-6 и фиг.1-6, результаты оказываются значительно ниже, чем в случае предварительной обработки смешанной обработки или внутренней обработки согласно настоящему изобретению).

Любое последующее введение должно быть исключено.

Настоящее изобретение также включает промышленный вариант осуществления, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть эффективного количества суперпластификатора (суперпластификаторов) для обработки или все указанное эффективное количество, смешивают с наполнителем (наполнителями), используя взвешивающее устройство («весы»), ведущее к смесеприготовительному устройству. Это можно рассматривать как одновременное введение или «почти одновременное» введение.

Кроме того, согласно настоящему изобретению можно предусмотреть способ, в котором часть наполнителя (наполнителей) подвергают эффективной «предварительной обработке», и вторую часть наполнителей эффективно обрабатывают «внутри» смесеприготовительного устройства.

Некоторые из описанных выше вариантов осуществления, очевидно, являются усложненными, и/или для них требуется дополнительное оборудование или модификация существующего оборудования. Таким образом, они являются значительно менее предпочтительными, причем наиболее предпочтительным является вариант осуществления с предварительной» или первоначальной обработкой.

В настоящее время «наилучший вариант осуществления», который исключает указанные недостатки, очевидно, представляет собой приготовление предварительно обработанного наполнителя, который затем доставляют конечному пользователю и вводят в неизменном виде в смесеприготовительное устройство, наиболее предпочтительно после введения воды для смешивания, песка и гравия, если они присутствуют, чтобы обеспечивать последующее приготовление смеси обычным принятым в данной отрасли способом (отличие заключается в том, что в настоящем изобретении наполнитель является обработанным, что отсутствует на предшествующем уровне техники).

Настоящее изобретение также включает

- такой предварительно обработанный «наполнитель (наполнители) на основе карбоната кальция» в качестве нового промышленного продукта,

- который, таким образом, доставляют конечному пользователю, необязательно после какой-либо обработки, обеспечивающей упрощение транспортировки.

Как известно, в лабораторных испытаниях, вследствие небольших используемых объемов или загрузок, иногда сначала помещают некоторое небольшое количество «пластифицирующих добавок» на дно лабораторного перемешивающего устройства, причем некоторые из этих пластифицирующих добавок могут представлять собой суперпластификаторы, но многие не являются ими. Однако даже когда присутствуют некоторые небольшие количества суперпластификаторов в качестве «пластифицирующих добавок», они не могут «обрабатывать» наполнители «эффективно», как в настоящем изобретении, то есть согласно приведенному выше определению. По существу, они выступают в качестве пластифицирующих добавок, таким образом, что они взаимодействуют, главным образом, с другими загружаемыми компонентами, такими как песок, гравий, вода для смешивания и т.д., которые перемешивают совместно или отдельно в течение заданного периода времени, в результате чего надлежащим образом происходит псевдоожижение частиц или агрегатов в суспензии; в этой операции добавки «связываются» или «поглощаются» указанными частицами инертных материалов, которые точно нуждаются в псевдоожижении. В противном случае не было бы псевдоожижения. Таким образом, они затем перестают быть доступными для наполнителей; для полноты описания, даже если на миг предположить, что некоторое (обязательно очень малое) количество такой пластифицирующей добавки оставалось бы доступным лишь частично и лишь косвенно, она бы могла лишь в минимальной степени взаимодействовать с наполнителем, то есть в любом случае это бы совершенно не соответствовало действиям «эффективной» обработки или «поверхностного покрытия», или «разблокирования», которые производят суперпластификаторы, намеренно добавляемые, согласно настоящему изобретению, единовременно в такие сроки, чтобы обеспечить условия «эффективной обработки». Проще говоря, было бы невозможно достижение необходимого состояния «порога» или «инициирования» для разблокировки, а без такого «инициирования» совершенно отсутствовала бы любая «разблокировка».

Ни в каком документе предшествующего уровня техники никогда не сообщалось о каком-либо улучшении или усовершенствовании, которое могло бы иметь отношение к пластифицирующим материалам (при этом многие пластифицирующие материалы представляют собой просто пластификаторы, а не суперпластификаторы); нет никакого сомнения, что если бы, в частности, в проектно-исследовательской лаборатории, такое усовершенствование было бы обнаружено, оно было бы описано в сообщениях. Отсутствие такого сообщения обусловлено просто тем, что такой «инициирующий» эффект «разблокирования» никогда не наблюдался.

В промышленном масштабе наиболее часто не используются никакие пластифицирующие добавки, или в некоторых исключительных случаях их используют в незначительных количествах для псевдоожижения смеси: снова пластифицирующие добавки «используются» для псевдоожижения песка, гравия и т.д. и оказываются недоступными для наполнителей, и, таким образом, они не могут никаким путем «инициировать» «разблокирование» системы, что представляет собой существенную часть настоящего изобретения.

Как указано выше, указанный наполнитель (наполнители) изготавливают из материала (материалов) на основе карбоната кальция или их смесей, которые представляют собой, главным образом, материалы GCC или PCC или смеси материалов GCC или смеси материалов PCC или смеси материалов GCC и PCC.

Настоящее изобретение также предусматривает указанные «цементные композиции» (в широком смысле, определенном выше) и их использование, а также «цементные элементы или продукты», полученные таким способом из указанных композиций и их применение в «цементных» отраслях промышленности.

Термин «цементные элементы или продукты» во всем тексте настоящей заявки означает любое и каждое строение или сооружение (или любой элемент или продукт для любой другой промышленной цели, известный специалисту в данной области техники, включая внебереговые цементные работы или цементирование нефтяных скважин, где используются «цементные» композиции), которые производят из указанных композиций.

Ниже это будет описано подробно.

Подробное описание изобретения

Как предусматривает подробно описанный и наиболее предпочтительный вариант осуществления («наилучший вариант осуществления» по состоянию на настоящее время), указанный способ изготовления указанных «цементных» композиций или систем характеризуют (в так называемой «предварительной обработке или (в частности, в таблицах 1-6) эквивалентно «первоначальному» варианту осуществления):

a) изготовление порошка материала (материалов) на основе сухого карбоната кальция в качестве наполнителя или наполнителей, который определен выше как «наполнитель (наполнители) на основе карбоната кальция», далее называются «наполнитель» или «наполнители»,

b) смешивание указанного наполнителя (наполнителей) с эффективным для обработки количеством, по меньшей мере, одного суперпластификатора, в результате чего получают «предварительно обработанный наполнитель (наполнители)»,

c) введение указанного предварительно обработанного наполнителя (наполнителей) в смесеприготовительное устройство, в котором уже находится, вода для смешивания или водная композиция для смешивания, возможно, содержащая обычные или «не вносящие помех» добавки («водная композиция для смешивания») (далее для простоты называется «вода для смешивания»)

d) необязательное введение до или после, предпочтительно до стадии c) инертных материалов, таких как песок и/или гравий, и, возможно, других «не производящих помех» обычных добавок или вспомогательных материалов,

e) замешивание или перемешивание указанного загруженного материала в течение эффективного периода времени,

f) извлечение указанной «цементной» композиции.

Термин «не вносящий помех» означает полное или практическое отсутствие помех в процессе указанной рассматриваемой обработки или способа согласно настоящему изобретению.

Термин «эффективный период времени» означает полный период времени, после которого образуется гомогенная смесь или композиция, и который составляет приблизительно от 2 до 15 минут, предпочтительно, для «стандартных» смесей или композиций, от 30 до 60 секунд. Далее следует подробное обсуждение.

Пример применения конечным пользователем представляет собой следующее: если конечному пользователю требуются средние или «стандартные» свойства для своей конечной цементной композиции, например, с конечным перемешиванием в своем устройстве фиксированной установки и т.д., он будет использовать композиции, которые отличаются соответствующей простотой, то есть не являются особенно сложными или чувствительными в отношении обычных добавок, суперпластификатора, наполнителя и т.д.; таким образом, конечному пользователю потребуется перемешивание в течение относительно короткого времени, например от 35 до 65 секунд.

Если, напротив, конечному пользователю потребуются свойства на высоком или очень высоком уровне, он будет использовать, соответственно, более сложные композиции и более чувствительные компоненты, например более чувствительный наполнитель или суперпластификатор, или чувствительные обычные добавки, предназначенные для достижения определенного свойства и т.д., и, как правило, он будет использовать меньше или значительно меньше воды для смешивания; таким образом, ему потребуется перемешивание в течение значительно более продолжительного времени, например от 1-3 до 10-15 минут.

Очевидно, «высокотехнологичная» композиция или система означает высокий уровень качества (см. выше раздел «Испытание самовыравнивания»), или она является «текучей» (также см. выше), и, напротив, «стандартная» конечная композиция означает невысокий уровень качества, то есть она «сухая» или, более вероятно, «пластическая (см. выше).

В обоих случаях, то есть для «высокотехнологичных» или «стандартных» композиций, как разъясняется в настоящей заявке, общая задача заключается в том, чтобы приготовить гомогенную композицию, и, что также разъясняется более подробно в настоящей заявке (см. ниже), «главный существенный критерий состоит в том, что конечный продукт должен быть гомогенным».

Приведенные выше рабочие принципы хорошо известны специалисту в данной области техники, и приведены только для полноты. Представленные выше значения и примеры даны исключительно в качестве руководства, которое специалист в данной области техники сможет легко использовать, чтобы выполнить существенные «главные критерии».

Понятно, что невозможно представить примеры или данные для любого типа конечной композиции или ингредиента, поскольку сложными являются взаимодействия, их кинетика и т.д., но эти параметры известны специалисту в данной области техники.

Согласно менее предпочтительному варианту осуществления указанный способ изготовления указанных «цементных» композиций или систем отличается режимом «смешанной обработки», который включает:

a) изготовление порошка материала (материалов) на основе карбоната кальция в качестве наполнителя, как определено выше,

b) смешивание указанного наполнителя (наполнителей) с частью или долей эффективного для обработки количества, по меньшей мере, одного суперпластификатора, в результате чего получают частично предварительно обработанный наполнитель (наполнители),

c) введение указанного частично предварительно обработанного наполнителя (наполнителей) в смесеприготовительное устройство, в котором уже находится, воды для смешивания или водной композиции для смешивания, возможно, содержащей обычные добавки («водная композиция для смешивания») (далее для простоты называется «вода для смешивания»),

d) введение до или в течение, предпочтительно в течение стадии c), в указанное смесеприготовительное устройство, остальной части указанного эффективного для обработки количества или соотношения суперпластификатора (суперпластификаторов),

e) необязательное введение до или после, предпочтительно до стадий c) и d) инертных материалов, таких как песок и/или гравий, и возможно других обычных добавок, не вносящих помех в указанную обработку,

f) замешивание и перемешивание указанного загруженного материала в течение эффективного периода времени,

g) извлечение указанной «цементной» композиции.

Согласно еще одному варианту осуществления указанный способ изготовления указанных «цементных» композиций или систем отличается режимом «внутренней обработки», который включает:

a) изготовление порошка материала (материалов) на основе карбоната кальция в качестве наполнителя (наполнителей), как определено выше,

b) введение указанного необработанного наполнителя (наполнителей) в смесеприготовительное устройство, в котором уже находится эффективное для обработки количество, по меньшей мере, одного суперпластификатора, или которое принимает его немедленно после введения указанного необработанного наполнителя (наполнителей), воды для смешивания или водной композиции для смешивания, возможно, содержащей обычные добавки («водная композиция для смешивания») (далее для простоты называется «вода для смешивания»),

c) замешивание и перемешивание указанного загруженного материала в течение эффективного периода времени,

d) необязательное введение до или после, предпочтительно до стадии c) инертных материалов, таких как песок и/или гравий, и возможно других обычных добавок или вспомогательных материалов, не вносящих помех в указанную обработку,

e) извлечение указанной «цементной» композиции.

Термин «непосредственно после» означает, что средство для обработки можно вводить до или после необработанного наполнителя (наполнителей), но во втором случае его необходимо вводить быстро после наполнителя (наполнителей), скажем, в течение от нескольких до 10 секунд и т.п., чтобы наполнитель оставался полностью доступным для воздействия средств для обработки без какого-либо препятствия вследствие приготовления смеси с песком, гравием и т.д.

Как правило, наиболее предпочтительно вводить в первую очередь инертные материалы, такие как песок и гравий в смесеприготовительное устройство, и перемешивать их необязательно с небольшим количеством воды и/или пластифицирующей добавки (см. выше), перед осуществлением других стадий.

В качестве средства для обработки используют, по меньшей мере, один суперпластификатор (и, возможно, по меньшей мере, один суперпластификатор, возможно, содержащий некоторое инертное количество пластификатора).

Согласно приведенному выше определению средства для обработки так называемые средства для обработки наполнителей представляют собой или содержат суперпластификатор (суперпластификаторы) или представляют собой, по меньшей мере, один суперпластификатор (и необязательно, по меньшей мере, один пластификатор для снижения суммарной стоимости) и предпочтительно содержат, по меньшей мере, один суперпластификатор и необязательно эффективно уменьшающее стоимость количество, по меньшей мере, одного пластификатора, и наиболее предпочтительно одного суперпластификатора и, необязательно, эффективно уменьшающее стоимость количество одного пластификатора.

Суперпластификаторы представляют собой хорошо известные средства, и в их качестве следует наилучшим образом выбирать следующие продукты или семейства соединений и их смеси: поликарбоксилаты, простые поликарбоксилатные эфиры или значительно менее предпочтительные продукты, получаемые из сульфонированного нафталинового конденсата или сульфонированного меламиноформальдегида. Специалисту в данной области техники известны эти продукты, которые подробно описаны в документах предшествующего уровня техники, которые процитированы выше.

Согласно наилучшему варианту осуществления настоящего изобретения средство для обработки (продукт A и продукт B) относится к семейству суперпластификаторов и имеет формулу простого поликарбоксилатного эфира.

Следует отметить, что продукты, обозначенные буквами от A до K в таблице A, представляют собой наполнители, которые следует отличать, не создавая путаницы с представленными выше предпочтительными средствами для обработки A и B, которые представляют собой суперпластификаторы.

Термин «эффективный период времени» в настоящем документе означает период времени, составляющий приблизительно от 35 до 65 секунд для стандартных композиций и от 1-3 до 10-15 минут для «высокотехнологичных», то есть более сложных и/или более чувствительных композиций, как известно специалистам в данной области техники.

Для «стандартной» композиции время перемешивания может составлять, например, 10-15-20 с для гравия и песка (приготовление сухой смеси является предпочтительным), затем 10 с для замешивания гидравлического связующего материала и необработанного наполнителя, затем от 10 до 15 с для замешивания средства (средств) для обработки и воды для смешивания (это происходит в так называемом режиме «внутренней обработки»), затем от 5 до 15 с для приготовления готовой смеси, содержащей вводимые последними «обычные добавки».

Главные и существенные критерии для указанного «периода перемешивания» заключаются в том, что конечный продукт должен быть гомогенным, и средство (средства) для обработки должны абсорбироваться или адсорбироваться песком или гравием в минимальной возможной степени.

Термин «эффективное количество» пластификатора (когда он присутствует с суперпластификатором) в настоящей заявке означает количество или соотношение пластификатора, которое способно уменьшать стоимость обработки без помех для системы, а именно для поведения наполнителя (наполнителей), в частности, в отношении поверхностной активности и реакционной способности); такие же критерии распространяются на «инертные добавки».

Термин «представлять собой» означает, что указанные средства для обработки состоят практически или полностью из суперпластификатора (суперпластификаторов), согласно определению, а также могут содержать, как разъясняется, уменьшающее стоимость эффективное количество, по меньшей мере, одного пластификатора, и могут также содержать инертные добавки, полезные для предусмотренного конечного применения, такие как пеногасители, замедлители, ускорители и т.д., которые абсолютно известны специалисту в данной области техники.

Обычные добавки инертной природы можно вводить в точки введения, известные специалисту в данной области техники, как указано ранее.

Смесеприготовительное устройство можно эксплуатировать в периодическом режиме, полунепрерывном режиме или непрерывном режиме, причем изменения являются легкодоступными для среднего специалиста в данной области техники.

По существу, неожиданно было обнаружено, что такой суперпластификатор (суперпластификаторы), который (которые) ранее использовали просто в качестве «пластифицирующих добавок», способен (способны) повышать качество наполнителей от среднего и иногда от низкого до высокого уровня.

Дозировка суперпластификатора (суперпластификаторов), используемая для предварительной обработки и обработки наполнителя (наполнителей).

В месте расположения конечного пользователя дозировка суперпластификатора (суперпластификаторов) составляет от 0,3 до 3 кг на 100 кг цемента, предпочтительно от 0,8 до 1,2 кг на 100 кг цемента в расчете на сухие материалы.

В лабораторных условиях это же соотношение составляет от 0,05 до 0,1% по отношению к сухой массе карбоната, то есть от 0,1 до 0,3 кг на 100 кг цемента в расчете на сухие материалы.

В лабораторных условиях для составления таблицы A используют от 0,8 до 1,1 кг на 100 кг цемента в расчете на сухие материалы.

В месте расположения конечного пользователя массовое соотношение суперпластификатора (суперпластификаторов) и пластификатора (пластификаторов) может составлять от 100/0 до 95/5-90/10, предпочтительно не менее чем 85/15 в расчете на сухие материалы.

Настоящее изобретение также предусматривает указанные композиции (или системы) цемента (в широком смысле, указанном выше, то есть включающие цемент, цементирующие композиции, строительные растворы, бетоны):

- сами по себе, поскольку их можно отличать от аналогичных композиций предшествующего уровня техники по их физической структуре и их свойствам,

- или приготовленные описанным выше способом согласно настоящему изобретению,

и их используют в данных цементных системах или композициях для изготовления бетонных элементов

и, в конечном счете, в цементных элементах:

- сами по себе, поскольку их можно отличать по тем же причинам, как композиции,

- и приготовленные с использованием указанных композиций,

- а также в наполнителе (наполнителях) на основе карбоната кальция, который (которые) предварительно обрабатывают способом предварительной обработки согласно настоящему изобретению.

Еще одна цель, очевидно, заключается в том, чтобы выполнять требования заказчика, согласно которым диаметр «пластины» или «конуса» должен превышать 250 мм, предпочтительно составляя 300 мм или предпочтительнее превышая 300 мм, при экономичной дозировке.

Некоторые содержащие наполнители композиции удовлетворяют данному требованию в зависимости от происхождения наполнителя. Это может легко и быстро оценивать специалист в данной области техники путем проведения испытания с конусом и пластиной.

Таким образом, данное испытание позволяет различать наполнители и выбирать имеющий наилучшее качество наполнитель и даже имеющий наилучшее качество суперпластификатор (суперпластификаторы), принимая во внимание конечные свойства, требуемые конечным пользователем.

Очевидно, что многие материалы определенно не соответствуют данному требованию.

Как правило, испытание (способом предшествующего уровня техники) осуществляют, используя необработанный наполнитель.

В настоящей заявке суперпластификаторы используют в качестве средств для обработки наполнителей в конкретном изобретенном способе.

Таким образом, еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы повысить среднее или низкое качество содержащих наполнители композиций или систем цемента, строительного раствора и бетона (для простоты называются термином «цемент») до высокого уровня, получая высококачественные композиции, путем введения в смесеприготовительное устройство указанного суперпластификатора (суперпластификаторов) и необязательно (см. выше), по меньшей мере, одного снижающего стоимость эффективного количества пластификатора (пластификаторов), чтобы улучшить поведение наполнителя (наполнителей) и, таким образом, композиции в целом.

Пластификатор (пластификаторы) выбирают предпочтительно из упомянутых выше соединений.

Семейства этих соединений очень хорошо известны специалисту в данной области техники. Заслуга авторов настоящего изобретения заключалась не в том, чтобы обнаружить данные семейства или использовать их в качестве суперпластификаторов в общем смысле предшествующего уровня техники, но в том, чтобы обнаружить возможность значительного улучшения цементного наполнителя (и, следовательно, цементных композиций) путем обработки наполнителей на основе карбоната кальция такими соединениями.

Было отмечено, что определенные композиции имеют настолько малый диаметр конуса («испытание самовыравнивания»), липкость и т.д., что не существует способа их улучшения; это демонстрирует трудность задачи настоящего изобретения.

Некоторые композиции можно улучшать, но только путем добавления в больших соотношениях суперпластификаторов, используемых согласно настоящему изобретению, и даже в таких случаях можно выполнять требование диаметра, но «пластина» или «конус» сохраняет липкость и густую консистенцию, и, несмотря на то, что «пластина» имеет правильный диаметр, это означает, что полученную в результате композицию невозможно рассматривать как улучшенную до высокого качества бетонную композицию.

Необходимо помнить, что для приемлемости композиции или системы в качестве высококачественной композиции или улучшения низкого или среднего качества до высокого качества, следует одновременно выполнить два условия:

- диаметр «пластины» или конуса должен превышать приблизительно 250 мм, или лучше превышать 300, или еще лучше превышать 350 мм, и

- «пластина» или конус должны иметь липкую или густую консистенцию.

Существует еще одна мера очень сложной задачи, для решения которой предназначено настоящее изобретение, и настоящим изобретением внесен весьма значительный технический и научный вклад в текущее состояние техники.

Как можно видеть в прилагаемой таблице A, «низкокачественные» наполнители невозможно улучшать, поскольку они никогда не выполняют оба данных условия.

Это также верно для некоторых «среднекачественных» наполнителей, таких как продукты D, B, G, I и K, которые могут проявлять хорошую текучесть, например, при дозировке 4 г, но имеют неудовлетворительный внешний вид или поведение при эксплуатации.

Используя таблицу A и приведенные выше и ниже примечания, специалист в данной области техники будет способен различать наполнители, которые можно улучшать согласно настоящему изобретению, и те (рассматриваемые как «низкокачественные» согласно результатам испытаний в таблице A), которые улучшать невозможно.

Для достижения заданных целей специалист в данной области техники должен помнить, в первую очередь, что с технологичностью композиции непосредственно связано определенное соотношение воды и цемента, и, кроме того, что является обязательным придание конечному продукту свойств высокого качества, таких как свойства твердения, свойства высушивания, механическая прочность, а именно прочность на сжатие, и другие свойства на высокотехнологичном уровне.

Как указано выше, настоящее изобретение предусматривает, в первую очередь, поверхностную обработку наполнителя (наполнителей) на основе CaCO₃ одним суперпластификатором или несколькими суперпластификаторами), необязательно в виде смеси с одним или несколькими пластификаторами. Специалист в данной области техники сможет легко вычислить количество пластификатора как эффективно снижающее стоимость количество, не вносящее помех в общую обработку, как указано выше.

Два продукта в качестве суперпластификаторов обеспечивают наилучшие результаты. Как указано выше, на дату подачи настоящей заявки они представляют собой «наилучший вариант осуществления» по состоянию (продукты A и B из семейства простых поликарбоксилатных эфиров).

Следует отметить, весьма неожиданно, что при использовании настоящего изобретения, достаточным является соотношение содержащего суперпластификатор (суперпластификаторы) средства (средств) для обработки и наполнителя (наполнителей) на основе CaCO₃ на таком низком уровне, как 0,03 или от 0,05 до 0,1%. Полной неожиданностью является то, что такие ничтожные количества средств для обработки способны улучшать до высокого уровня качества даже среднекачественные и низкокачественные наполнители.

Известны многие такие пластификаторы, суперпластификаторы или пластифицирующие добавки, которые описаны, например, в выданном фирме CHRYSO европейском патенте EP 0663892.

Другие продукты, которые были успешно испытаны в качестве суперпластификаторов, пригодных для использования в способе согласно настоящему изобретению, чтобы осуществлять поверхностную обработку карбонатного наполнителя, подобные продуктам CHRYSO™, которые описаны в цитированном выше европейском патенте, представляют собой, например, PREMIA 196™ или NRG 100 от Mappei™.

Как правило, можно вводить некоторые обычные добавки, такие как воздухововлекающие добавки, замедлители или ускорители твердения и т.д., в месте, которое известно специалисту в данной области техники, например, с водой или после добавления суперпластификаторов.

Что касается «порошков», то есть цемента и наполнителя, в первую очередь можно вводить цемент и затем наполнитель, или, напротив, их можно вводить вместе в виде предварительно приготовленной смеси.

Однако предпочтительно вводить цемент и наполнитель вместе в виде предварительно приготовленной смеси, чтобы тем самым обеспечить образование гомогенной смеси двух порошков и их смачивание водой.

Выше описаны периодические режимы.

Можно также предусмотреть такие непрерывные режимы, в которых введение осуществляют в указанных выше последовательностях, например, в смесеприготовительное устройство, оборудованное бесконечным винтом (причем введение осуществляют в различных точках по длине оборудования), возможно, с введением предварительно приготовленных смесей в некоторой точке (точках), или, в качестве еще одного примера, в ряд последовательных смесеприготовительных устройств, также с возможностью введения предварительно приготовленной смеси (смесей) в одно из этих устройств. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что, в частности, последний вариант (включающий несколько смесеприготовительных устройств) имеет многочисленные недостатки, даже если имеются необходимые помещения и капиталовложения.

Предпочтительными являются периодические режимы, которые будут описаны ниже.

Обычные испытания могут помочь специалисту в данной области техники выбирать наиболее подходящие варианты, принимая во внимание имеющееся оборудование и практику конечного пользователя, а также используя следующие таблицы и чертежи, которые прилагаются к настоящей заявке.

Таблицы 1, 2, 3 и фиг.1, 2, 3:

В таблицах и фиг.1, 2 и 3 используется «среднекачественный» наполнитель, который показывает в испытании «конус» диаметр 170 мм без введения средства для обработки (левый столбец), и образуется «пластина», внешний вид которой определяется дозировкой средства для обработки (дозировка выражена в массовом процентном соотношении сухого средства для обработки и сухого CaCO₃ после процесса самовыравнивания. Как обсуждалось выше, диаметр 170 мм является совершенно недостаточным.

Таблица 1 и фиг.1 соответствуют поверхностной обработке описанным выше суперпластификатором A при такой дозировке, которая представлена в соответствующей таблице.

Таблица 2 и фиг.2 соответствуют поверхностной обработке описанным выше суперпластификатором B при такой дозировке, которая представлена в соответствующей таблице.

Таблица 3 и фиг.3 соответствуют поверхностной обработке продуктом NRG 100 при такой дозировке, которая представлена в соответствующей таблице.

Из трех кривых на фиг.1-3 кривая, соответствующая добавлению суперпластификатора (суперпластификаторов) после всех остальных ингредиентов (сравнительный и значительно менее предпочтительный вариант осуществления) отмечена ромбами (вариант «последующего введения» в таблицах), в то время как кривая, соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения, в котором используется «предварительная обработка» или «первоначальная обработка» (лабораторный вариант предварительной обработки) отмечена квадратами (вариант «предварительного введения» в таблицах).

«Треугольник» в таблицах представляет собой изолированную точку, соответствующую 100% предварительной обработке наполнителя во внешнем перемешивающем устройстве, например Lödige, в течение 3 или 5 минут, перед его введением в смесеприготовительное устройство (правый столбец в таблицах, 435, 437 и 435 мм для «пластины» в испытании конуса при дозировке, составляющей лишь 0,1%).

Указанный «треугольник» иногда трудно заметить на фиг.1-6, потому что он перекрывается с квадратами и/или ромбами, причем фиг.1-6 разделены на фиг.1a-6a (кривые) и фиг.1b-6b (схематические изображения в увеличенном масштабе, показывающие приблизительное положение перекрывающихся знаков).

Предполагалось, что при обработке более крупнозернистого наполнителя количество вспомогательного материала (материалов) должно быть заметно или значительно выше. Совершенно неожиданно происходит обратное, то есть такие соотношения, как от 0,03-0,05 до 0,1-0,5% являются достаточно эффективными.

Авторы неожиданно отметили, что кривые на фиг.1 и 2 (и процентные значения в соответствующих таблицах 1 и 2) показывают «плато» приблизительно у 0,12%, таким образом, бесполезно вводить более чем приблизительно 0,1% вспомогательного материала.

Таким образом, наилучший интервал составляет от 0,1% до 0,12%.

Следует отметить, что исследование нижней части кривых, а именно относящейся к обработке материалом B, показывает, что очевидный технический эффект проявляется в интервале от 0,03 до 0,05%: можно обнаружить очень резкое увеличение диаметра (консистенции), и это представляет пороговую дозировку (нижний предел интервала), при которой выполняется требование самовыравнивания («пластины» или конуса), составляющее от 250 до 300 мм.

Что касается таблицы 3 и фиг.3, можно видеть, что кривая в варианте «предварительного введения» весьма напоминает кривые на фиг.1 и 2, то есть очень четко проявляется «плато» после 0,1-0,12-0,20% или приблизительно в этой области, и аналогичное резкое увеличение консистенции при уменьшении дозировки, в то время как кривая в режиме «последующего введения» показывает аналогичное поведение при низких дозировках, но (выше 0,05% или приблизительно в этой области) показывает регулярное увеличение, но с меньшей скоростью. Для данного суперпластификатора A можно видеть, что полезный интервал дозировки в способе с «предварительным введением» составляет от 0,05% (соответствует консистенции 300 мм) до 0,1-0,12%-0,20% (начало четкого «плато», как на кривых 1 и 2); напротив, кривая в режиме «последующего введения» при нижнем пороге дозировки является приблизительно такой же (две кривые накладываются приблизительно при 300 мм), в то время как необходимо добавлять приблизительно 0,3% продукта NRG 100 для достижения приблизительно 425 мм по сравнению с приблизительно 0,1% для кривой в случае предварительной обработки или устройства Lödige.

Однако можно видеть, что в варианте «предварительного введения» кривая может выходить на плато при 450 мм, когда приблизительно 0,1-0,12-0,15% средства для обработки A используют в способе согласно настоящему изобретению, в то время как в случае средств B и NRG 100 использовали такие же процентные соотношения (и для кривой в варианте «предварительного введения) приблизительно при 425 мм.

Таким образом, можно сказать, что технический эффект появляется, в зависимости от кривых и от желательного значения консистенции в миллиметрах) при массовом соотношении сухого суперпластификатора (суперпластификаторов) и цемента выше 0,02-0,03-0,05%, причем при таком соотношении обеспечивается разблокирование системы за счет вспомогательного материала (материалов); то есть это точка разблокирования. Данная «точка разблокирования», вероятно, представляет собой объяснение неожиданного эффекта способа согласно настоящему изобретению. Таким образом, снова в зависимости от вспомогательного материала и от желательного значения консистенции, а также для данного наполнителя из указанной точки разблокирования можно вывести, что оптимальное соотношение составляет приблизительно 0,08-0,1-0,12-0,15% (поскольку далее следует «плато», отсутствует необходимость дальнейшего добавления дорогостоящего вспомогательного материала, например, нет необходимости добавлять его вплоть до 0,5%), и наиболее предпочтительно использовать способ в варианте осуществления «предварительной» или «первоначальной» обработкой, то есть способ, в котором суперпластификатор (суперпластификаторы) в качестве вспомогательного материала (материалов) добавляют вместе (или в той же точке добавления) с наполнителем (то есть наполнитель сначала подвергают предварительной обработке суперпластификатором в качестве вспомогательного материала в отдельном оборудовании, аналогичном известному перемешивающему устройству Lödige (но без фактического улучшения результата, см. выше точки, отмеченные «треугольником»), или суперпластификатор (суперпластификаторы) (и необязательно, уменьшающее стоимость количество пластификатора (пластификаторов)) добавляют вместе с наполнителем, поскольку, как можно видеть из чертежей на фиг.1, 2 и 3, кривая в варианте осуществления с «предварительной» или «первоначальной» обработкой всегда лучше, чем кривая в режиме «последующего введения» (то есть когда средство для обработки добавляют после всех основных ингредиентов, в том числе после наполнителя (наполнителей)).

Может оказаться даже рискованным использование более чем оптимального соотношения вспомогательного материала, составляющего 0,1-0,12-0,15%, поскольку в результате чрезмерного содержания вспомогательных материалов в системе останется свободный полимер, который представляет собой вспомогательный материал. Присутствующий в избытке указанный вспомогательный материал (свободный полимер) может взаимодействовать с цементом, другими добавками и т.д., что приводит к вероятному нарушению равновесия в системе.

Таблицы 4, 5, 6 и фиг.4, 5, 6:

Принцип и процедуры являются такими же, как в таблицах 1 - 3 и соответствующих фиг.1-3.

Авторы прилагают таблицы 4, 5 и 6 (соответствующие фиг.4, 5 и 6), которые представляют собой такие же испытания, как описано выше, но другим наполнителем, в результате чего в этом случае наблюдается очень хорошее поведение в испытании конуса, где диаметр уже до обработки составляет 288 мм, и получается нелипкий, негустой и очень текучий самовыравниваемый конус или «пластина».

Как можно видеть, существует выраженное различие для данного рода «хорошего» или «высококачественного» наполнителя, между кривыми, соответствующими двум различным процессам.

Однако можно видеть, что для кривых обоих типов существует верхний оптимальный предел соотношения суперпластификатора (суперпластификаторов) в качестве вспомогательного материала и сухого цемента, составляющий приблизительно 0,1%, в то время как здесь вспомогательный материал A снова ведет себя несколько отличным образом от материалов B и NRG 100.

Однако, как указано выше, необходимо помнить, что одновременно должны выполняться два условия, чтобы получить высококачественную или высокотехнологичную систему:

- высокая консистенция, то есть, грубо говоря, высокая текучесть/технологичность, которую можно наблюдать в испытании самовыравнивания, в котором получается диаметр, превышающий приблизительно 250-300 или лучше превышающий 320-350 мм (а также, компактность или плотность, которой соответствует низкая пористость), и одновременно

- не липкий, «негустой» (то есть простой в обращении), «непластический» (и, очевидно, «несухой») продукт без осаждения.

Это можно наблюдать в приведенных выше шести таблицах.

Например, в таблицах 1 и 2 (средний наполнитель (170 мм) + суперпластификатор A или B), можно видеть следующее:

- Испытания 2312/B1 и B4, оба в режиме «последующего введения»: при использовании 0,025% вспомогательного материала полученная система имеет хороший диаметр (335 мм) только в испытании 2312/B4 несмотря на уменьшение по сравнению с дозировкой 0,05% (395 мм), но B4 образует не пригодный для применения продукт, поскольку он имеет «пластический внешний вид»: второе условие не выполняется, в то время как B5 образует «текучий» и пригодный к использованию продукт. Напротив, B1 имеет однородный внешний вид при 0,05%, но диаметр составляет только 238 мм, что является недостаточным.

- Испытания 2312/B10 (в режиме «первоначального введения», то есть «предварительной обработки) и B13 (тоже в режиме предварительной обработки): при одинаковой дозировке, составляющей 0,025%, продукт B в таблице 2 приводит к лучшему диаметру, но, помимо всего, образует «текучий» продукт, в то время как B10 образует только однородный продукт. При одинаковой дозировке B4 с продуктом B образует пластический продукт.

В испытаниях B13-B16 с режимом «предварительной обработки», как показывает таблица 2, все системы являются текучими, и различие заключается в том, как увеличивается диаметр (консистенция) в зависимости от дозировки.

Lödige: если сравнить 2312/B21 (использование предварительно приготовленной смеси в устройстве Lödige при дозировке 0,1% и режима предварительной обработки без устройства Lödige при такой же дозировке 0,1%, то есть 2248/1 (таблица 1), можно видеть, что в обоих случаях обеспечивается текучесть, и что устройство Lödige приводит к слегка меньшему диаметру (435 по сравнению с 442 мм), что, очевидно, не оправдывает использование дополнительного оборудования Lödige.

Таким образом, режим «первоначальной» или «предварительной обработки» наилучшим образом осуществляется путем «одновременного» введения наполнителя (наполнителей) и средства (средств) для обработки при очень близкой точке добавления в отношении места и времени.

Каждую таблицу и кривую можно проанализировать подобным образом, и специалист в данной области техники сможет использовать эти многочисленные данные, используя множество параметров, различные суперпластификаторы, два различных типа наполнителей (один необработанный среднего качества с консистенцией 170 мм, другой необработанный высокого качества с консистенцией 280), и два варианта осуществления, чтобы «построить» свою собственную систему, принимая во внимание приведенные выше параметры, а также, свои конкретные требования или условия.

Испытание в режиме «смешанной обработки»

Лабораторное испытание проводили воспроизводя испытание 2248/1 таблицы 1 (дозировка средства для обработки составляла 0,1%), за исключением того, что обработку наполнителя осуществляли, добавляя 50% (0,05%) эффективного количества суперпластификатора A ко всему количеству наполнителя (GCC «среднего» качества) и перемешивая оба продукта в лабораторном смесителе, после чего быстро вводили оставшееся количество (50%) суперпластификатора в смесеприготовительное устройство, затем через 5 секунд вводили наполнитель, предварительно обработанный первой порцией (50%) суперпластификатора A. Диаметр в испытании самовыравнивания составлял 392 мм, и внешний вид был «текучим»; таким образом, можно считать, что смешанная обработка дает слегка меньший диаметр, но, очевидно, представляет собой часть настоящего изобретения.

Таким образом, весь интервал добавки суперпластификатора (суперпластификаторов), а также необязательно, уменьшающего стоимость количества пластификатора (пластификаторов), принимая во внимание все вышеупомянутые испытания и кривые и общую информацию, приведенную в настоящей заявке, можно определить как массовое соотношение вспомогательного материала (материалов) и сухого цемента как:

от 0,02-0,03-0,05% до 0,08-0,1-0,12-0,15%, что может легко отрегулировать специалист в данной области техники.

Можно видеть, что все задачи настоящего изобретения, то есть условия и требования современной промышленности выполняются:

- при низкой дозировке (следовательно, при низкой стоимости) поверхностной обработки, по меньшей мере, одним из описанных выше вспомогательных материалов,

- без необходимости использования дополнительного оборудования,

- причем наполнители от среднего до низкого качества (отвергаемые на предшествующем уровне техники или обрабатываемые при необоснованных расходах и капиталовложениях) можно легко улучшать, получая высококачественные наполнители, способные образовывать с другими обычными ингредиентами композиции или системы цемента, строительного раствора или бетона, которые относятся к «высокотехнологичной» категории, имея высокую или очень высокую консистенцию, превышающую 250, 300 или даже 350 мм в стандартном испытании самовыравнивания, высокую или очень высокую компактность (плотность), высокое или очень высокое процентное содержание сухого материала в конечном продукте, составляющее от 87 до 95% мас. сухого материала в конечной готовой системе, что предоставляет специалисту в данной области техники возможность не только выполнять наиболее строгие и актуальные требования промышленности, но также получать продукты, свойства которых характеризуют, в первую очередь, «воспроизводимость», то есть возможность прогнозирования.

Эта «воспроизводимость» представляет собой новую отличительную особенность, которая не была обеспечена на предшествующем уровне техники несмотря на потребности промышленности; считается, без ограничения теорией, что за эту «воспроизводимость» отвечают технологические стадии и использованные суперпластификаторы.

Обеспечение «воспроизводимости» становится возможным посредством регулирования дозировки указанных выше продуктов A и B для поверхностной обработки или посредством выбора других продуктов, как описано выше, причем регулирование дозировки с использованием описанного выше способа испытания обеспечивает сохранение постоянных свойств, что и называется термином «воспроизводимость».

Применение (применения)

Применения представляют собой все области, в которых обычно используют описанные выше композиции или системы цемента, строительного раствора или бетона.

Цементные продукты

Они представляют собой продукты или элементы, которые, как известно, изготавливают из описанных выше композиций цемента, строительного раствора или бетона в строительной промышленности или любой другой отрасли промышленности, используя хорошо известный способ.

Реферат

Изобретение относится к способу изготовления композиций или систем цемента, строительного раствора, бетона для использования в строительстве. Цементная композиция содержит наполнитель, содержащий карбонат кальция, поверхность которого обработана средством для обработки, содержащим по меньшей мере один суперпластификатор и по меньшей мере один пластификатор, при этом соотношение между суперпластификатором и пластификатором составляет от 95/5 до 85/15 в расчете на массу сухих материалов. Техническим результатом является получение систем или композиций цемента, строительных растворов или бетона, имеющих повышенную компактность, улучшенную текучесть, а также улучшенную технологичность и воспроизводимость свойств конечных систем. 19 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 табл.

Формула