ЦЕМЕНТИРУЮЩИЙ СОСТАВ КАПИЛЛЯРНОГО ДЕЙСТВИЯ "АКВАБЛОК ПЛЮС" Российский патент 1999 года по МПК C04B28/00 

Изобретение относится к цементирующим материалам капиллярного действия, предназначенным для повышения водонепроницаемости монолитных или сборных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся во влажных условиях (при подпоре воды снаружи или изнутри), и придания им водостойкости и водоотталкивающих свойств. Преимущественная область применения изобретения - на уже возведенных или эксплуатирующихся сооружениях, особенно если доступ к конструкции со стороны напорной грани отсутствует или затруднен. Это могут быть: подвальные и полуподвальные помещения зданий, емкости для воды в системах водоснабжения и пожаротушения, плавательные бассейны и емкости, входящие в комплекс очистных сооружений, подземные гидротехнические или транспортные тоннели, емкости для хранения (утилизации) экологически опасных жидкостей и т.п. Эти материалы предназначены для применения при выполнении строительных или аварийно-ремонтных работ на эксплуатируемых сооружениях, а также предусматриваться на стадии проектирования зданий и сооружений.

В последнее время получили распространение материалы, предназначенные для повышения водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций, основанные на принципиально новом методе - создании кристаллизационного барьера. Такой метод радикально повышает плотность структуры бетонов и растворов на цементном вяжущем. Это происходит за счет проникновения в капилляры и поры цементного камня, а также в микротрещины в бетоне насыщенных растворов, содержащих химические соединения, которые при контакте с минералами цемента на стенках пор и капилляров образуют водонерастворимые кристаллы, кольматирующие сечение пор. Наиболее часто применяются материалы, реализующие метод кристаллизационного барьера при нанесении их на поверхность бетонных и железобетонных конструкций. В состав этих материалов входит смесь портландцемента, мелкого кварцевого песка, набора химических добавок и воды, добавляемой непосредственно перед применением. Такая смесь наносится на влажную поверхность конструкции обычными методами - кистью, щеткой, малярным валиком, распылителем. В то время как в цементно-песчаном растворе происходят обычные процессы гидратации, характерные для искусственных камней на цементном вяжущем, на влажной поверхности бетона образуется высококонцентрированный раствор химических добавок. Благодаря осмотическому переносу растворимые компоненты смеси перемещаются от большей концентрации к меньшей, проникая таким образом в глубь капилляров, пустот и микротрещин в бетонном массиве. Внутрикапиллярное кристаллообразование уплотняет структуру бетона на большую глубину. Наряду с уплотнением структуры за счет новообразований добавки, формирующие кристаллизационный барьер, обеспечивают более высокую степень гидратации цементных зерен с образованием повышенного объема геля.

В настоящее время на рынке строительных материалов появились новые композиции, предназначенные для снижения проницаемости бетона в уже возведенных конструкциях, в том числе со стороны грани, противоположной напорной. Внешне эти материалы похожи на сухие растворные смеси (цемент + песок), но отличаются степенью помола цемента и тем, что содержат сложные комплексы химических добавок, улучшающих ряд технических характеристик затвердевшего бетона. Материалы затворяют водой и в виде цементно-песчаного раствора наносят на поверхность бетона тонким - около 1 мм - слоем.

Наибольшее распространение из зарубежных материалов подобного типа получили материалы: "Ксайпекс" (Канада), "Пенетрон" (США), "Осмосил" (Италия) и "Торосил" (Бельгия) /Н.К.Розенталь, Г.В.Чехнии, статья "Новые материалы для повышения водонепроницаемости бетона в конструкциях", журнал "Бетон и железобетон", N 5, 1995г., стр. 29/.

Для покрытий из "Осмосила" /Ю.Г.Хаютин, статья "Повышение плотности бетона за счет создания "кристаллизационного барьера", журнал "Бетон и железобетон", N 3, 1996г., стр. 21/ отмечается следующая особенность: пропуская через себя углекислый газ, сами покрытия не подвергаются полной карбонизации. Полученные результаты указывают на то, что покрытия обладают определенной газопроницаемостью и, следовательно, паропроницаемостью, т.е. являются "дышащими".

"Пенетрон" /ТУ 5775-001-39504194-96/, изготовляемый фирмой ICS/PENETRON INTERNATIONAL LTD, USA, представляет собой цементирующий, капиллярного действия материал, обеспечивающий водонепроницаемость бетонных и железобетонных конструкций 1 и 11 группы трещиностойкости (раскрытие трещин в изолируемой конструкции по расчету до 0,3 мм). Состав материала патентованной рецептуры. Он состоит из тонкомолотого цемента, кварцевого песка и ряда активизирующих химикатов.

Эффект водонепроницаемости обеспечивается за счет проходящей внутри структуры бетона реакции содержащихся в растворе "Пенетрона" различных компонентов. Химические компоненты глубоко проникают в бетон по капиллярам под действием осмотического давления. В результате химических реакций образуются кристаллы, которые заполняют капилляры и усадочные трещины, вытесняя при этом воду. "Пенетрон" применяют, когда конструкция находится под давлением воды и надо воспрепятствовать ее проникновению. При отсутствии влаги компоненты "Пенетрона" бездействуют, сохраняя свой потенциал. Как только в контакте с "Пенетроном" появляется влага, начинается химическая реакция и процесс уплотнения структуры бетона, который развивается в глубину конструкции. "Пенетрон" становится составной частью бетона, образуя единую прочную и долговечную структуру. Он образует кристаллы, препятствующие проникновению молекул воды. Однако они пропускают воздух. Таким образом, бетон "дышит" и высыхает по мере удаления из пор водяного пара. "Пенетрон" не только наиболее эффективное средство обеспечения постоянной водонепроницаемости. Он также значительно повышает морозостойкость бетона, предотвращает коррозию арматуры и защищает конструкции от действия агрессивных грунтовых вод, морской воды, карбонатов, хлоридов, сульфатов и нитратов.

"Пенетрон" из всех известных цементирующих, капиллярного действия материалов, является наиболее близким по всем признакам к данному изобретению и принят за прототип. Однако все известные материалы, в том числе, "Пенетрон", обладают следующими недостатками:
- высокая дороговизна из-за патентованных добавок (не менее 6 долларов США за 1 кг сухого порошка "Пенетрона");
- наличие побочных эффектов в виде высолов на поверхности покрытия;
- отсутствие отдельных компонентов смеси на территории Российской Федерации.

Целью изобретения является создание материала, у которого: физико-механические свойства не ниже, чем у прототипа; стоимость - в 2 - 3 раза ниже; специальные свойства - на уровне прототипа; отсутствуют побочные эффекты (высолы на поверхности); все компоненты широко распространены на территории Российской Федерации.

Достигнуть этих целей, а также устранить перечисленные недостатки, характерные для прототипа, предлагается тем, что изобретение - вещество под названием "ЦЕМЕНТИРУЮЩИЙ СОСТАВ КАПИЛЛЯРНОГО ДЕЙСТВИЯ "АКВАБЛОК ПЛЮС" - представляет собой цементирующий состав капиллярного действия, включающий вяжущее, наполнитель, гидрофобизирующую добавку и воду, добавляемую перед использованием, при этом вяжущее (цемент белый, портландцемент или их смесь) и наполнитель (песок кварцево-полевошпатный) имеют удельную поверхность 2-З м²/г, а в качестве гидрофобизирующей добавки используется порошкообразный метилсиликонат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Цемент белый, портландцемент или их смесь - 100
Песок кварцево-полевошпатный - 6 - 30
Метилсиликонат натрия - 0,2 - 1,0
Вода - 30 - 35
Новыми компонентами в смеси являются:
- портландцемент по ГОСТ 10178-85^* марок 400 - 600, выпускаемый Пикалевским цементным заводом, портландцемент белый марок 400 - 600 ГОСТ 965-89 или их смесь, домолотые до удельной поверхности 2 - 3 м²/г;
- песок кварцево-полевошпатный по ГОСТ 8736-93, широко распространенный на территории Российской Федерации, домолотый до удельной поверхности 2 - 3 м²/г;
- гидрофобизирующая добавка - сухой порошкообразный метилсиликонат натрия CH₃Si(OH)₃, выпускающийся на Данковском комбинате (по ТУ 6-02-696-76 с изм. N 1).

Все применяющиеся компоненты отечественного происхождения и широко распространены на территории Российской Федерации.

Для затворения смеси используется питьевая вода по ГОСТ 2874-82^*.

Конкретные примеры смесей с максимальным, минимальным и оптимальным содержанием компонентов приведены в табл. 1 (см. в конце описания).

Уменьшение доли песка ниже заявленного количества приводит к трещинообразованию в защитном покрытии, а увеличение доли песка сверх заявленного количества - к снижению прочности и эффективности гидрофобизующего процесса.

Уменьшение доли метилсиликоната натрия ниже заявленного количества приводит к снижению гидрофобизующих свойств состава, а увеличение доли метилсиликоната натрия сверх заявленного количества приводит к излишнему удорожанию состава.

Тонкость помола вяжущего и наполнителя в 2 - 3 м²/г необходима для увеличения проникающей способности смеси в капилляры бетонных конструкций и повышения активности состава. В случае применения частиц с удельной поверхностью меньше заявленной проникновение смеси в капилляры будет затруднено и эффективность применения состава снизится.

Таким образом, из табл. 1 видно, что конкретным примером применения цементирующего состава капиллярного действия АКВАБЛОК ПЛЮС может служить смесь оптимального состава, в которой компоненты взяты в следующем соотношении мас. ч.:
Портландцемент Пикалевского завода, домолотый до удельной поверхности 2 - 3 м²/г - 100
Песок кварцево-полевошпатный, домолотый до удельной поверхности 2 - 3 м²/г, - 6
Сухой порошкообразный метилсиликонат натрия CH₃Si(OH)₃, выпускающийся на Данковском комбинате - 0,4
Вода питьевая - 33
Экспериментальные показатели свойств защищаемого состава в сравнении с прототипом представлены в табл. 2 (см. в конце описания).

Применение цементирующего состава капиллярного действия "АКВАБЛОК ПЛЮС", приготовленного из предложенных компонентов в заявленном соотношении, позволяет решить актуальную проблему повышения водонепроницаемости монолитных или сборных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в условиях напора воды как с внешней стороны, так и изнутри, на уже возведенных или на эксплуатирующихся сооружениях.

Изобретение относится к материалам, предназначенным для повышения водонепроницаемости монолитных или сборных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся во влажных условиях (при подпоре воды снаружи или изнутри) и придания им водостойкости и водоотталкивающих свойств. Цементирующий состав капиллярного действия "АКВАБЛОК ПЛЮС" предназначен для применения при выполнении строительных или аварийно-ремонтных работ на эксплуатируемых сооружениях, а также для включения в техническую документацию на стадии проектирования зданий и сооружений. "АКВАБЛОК ПЛЮС" включает в себя вяжущее (цемент белый, портландцемент или их смесь 100 мас.ч.), наполнитель (песок кварцево-полевошпатный 6 - 30 мас.ч.), гидрофобизирующую добавку (метилисиконат натрия CH₃Si(OH)₃ 0,2 - 1,0 мас.ч.) и воду (30 - 35 мас.ч.), добавляемую непосредственно перед использованием. Вяжущее и наполнитель имеют удельную поверхность 2 - 3 м²/г. Технический результат - получение тонкого (толщиной около 1 мм) прочного покрытия (до 65 МПа на сжатие), решение актуальной проблемы повышения водонепроницаемости (до W = 10) монолитных или сборных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся во влажных условиях. 2 табл.

Цементирующий состав капиллярного действия, включающий вяжущее, наполнитель, гидрофобизирующую добавку и воду, добавляемую перед использованием, отличающийся тем, что вяжущее - цемент белый, портландцемент или их смесь и наполнитель - песок кварцево-полевошпатный имеют удельную поверхность 2 - 3 м²/г, а в качестве гидрофобизирующей добавки используется порошкообразный метилсиликонат натрия CH₃Si(OH)₃, при следующем соотношении, мас.ч.:
Цемент белый, портландцемент или их смесь - 100
Песок кварцево-полевошпатный - 6 - 30
Метилсиликонат натрия - 0,2 - 1,0
Вода - 30 - 35