КОМПЛЕКСНАЯ МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИХ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ Российский патент 2004 года по МПК C04B28/04 C04B28/04 C04B22/06 C04B24/04 C04B111/20 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве различных быстротвердеющих бетонных и железобетонных изделий и конструкций из тяжелого и легкого бетона на предприятиях стройиндустрии без применения тепловой обработки, а также при ведении монолитного строительства.

Известны однокомпонентные химические добавки к бетону, которые обеспечивают быстрое его твердение в нормальных условиях, являющиеся щелочными ускорителями твердения и состоящие на 100 мас.% из Na₂SO₄ или NaNO₂, или NaNO₃, или K₂SO₄, или KNO₂, или KNO₃ [Руководство по применению химических добавок к бетону. / НИИБ и ЖБ Госстроя СССР. - М.: Стройиздат 1975, с.3-15].

Недостатком указанных добавок является то, что эксплуатационные свойства бетонов, получаемых с их применением, такие как прочность через 28 суток нормального твердения, морозостойкость, сульфатостойкость, водонепроницаемость, понижаются относительно аналогичных характеристик бетона, не содержащего химических добавок. Снижение перечисленных показателей является следствием перекристаллизации образующихся в цементном камне бетона в ранние сроки твердения игольчатых эттрингитоподобных AFt-фаз. Это приводит к увеличению пористости цементного камня бетона, повышению проницаемости затвердевшего материала и, следовательно, снижению его эксплуатационных характеристик.

Наиболее близкой к заявляемой (прототипом) является комплексная модифицирующая добавка для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов, содержащая щелочной ускоритель твердения, в качестве которого использован сульфат натрия, пластификатор или суперпластификатор, микрокремнезем, маc.%: щелочной ускоритель твердения 7,7-15,4; пластификатор или суперпластификатор 3,8-7,7; микрокремнезем - остальное [Вахтомин В.Л., Алферов Ф.А. и др. Новая добавка в технологии бетона - пульпа сулькерм // Бетон и железобетон. - 1990. - № 2, с.40-41].

Комплексная модифицирующая добавка имеет следующие недостатки:

- отсутствие возможности регулирования времени сохраняемости удобоукладываемости быстротвердеющей бетонной смеси, обусловленной ускоренным структурообразованием этой смеси, что является следствием использования щелочного ускорителя твердения и микрокремнезема, так как каждый из указанных компонентов по отдельности и тем более их комплекс способствует существенному ускорению схватывания и твердения бетона, в том числе и бетона нормального твердения. Применение пластификатора или суперпластификатора, не являющегося замедлителем схватывания, не удлиняет в достаточной мере период сохранения подвижности модифицированной бетонной смеси;

- недобор прочности в поздние сроки твердения быстротвердеющего портландцементного бетона, полученного с использованием комплексной модифицирующей добавки, и отсутствие стабильности нарастания во времени прочности этого бетона вследствие сброса прочности быстротвердеющего бетона нормального твердения в промежуток 3-7 суток, объясняющийся перекристаллизацией образующихся в ранний период твердения в присутствии щелочного ускорителя твердения эттрингитоподобных AFt-фаз.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения регулирования удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей, стабильности нарастания прочности во времени быстротвердеющих портландцементных бетонов, полученных с использованием заявляемой комплексной модифицирующей добавки, а также повышение прочности этих бетонов.

Для достижения указанного технического результата комплексная модифицирующая добавка для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов, включающая щелочной ускоритель твердения, суперпластификатор, микрокремнезем, дополнительно содержит полигидросидикарбоновую кислоту и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, маc.%: щелочной ускоритель твердения 7,65-19,90; суперпластификатор 7,65-15,30; полигидроксидикарбоновая кислота 0,042-0,093; кальцинированная сода 0,22-0,50; микрокремнезем - остальное.

Получение возможности регулирования сохраняемости удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей с предлагаемой комплексной добавкой, стабильность нарастания прочности быстротвердеющих портландцементных бетонов, произведенных с использованием этой добавки, повышение прочности упомянутых бетонов обеспечивается комплексным влиянием на бетонную смесь всех компонентов заявляемого вещества (см. таблицы 1, 2), а также введением стабилизирующе-замедляющего компонента - полигидроксидикарбоновой кислоты совместно с кальцинированной содой. Полигидроксидикарбоновая кислота является сильным анионогенным комплексообразователем. Ее молекулы внедряются в кристаллическую решетку гидратов алюминатной составляющей портландцементного вяжущего и в ранний период твердения способствуют их стабилизации относительно гексагональных AFm-фаз. В модифицированном портландцементном вяжущем происходит частичная замена игольчатых эттрингитоподобных AFt-фаз на пластинчатые AFm-фазы, изоструктурные с Са(ОН)₂. В результате уменьшения первоначальной раздвижки зерен вяжущего формируется более плотная структура цементного камня быстротвердеющего бетона нормального твердения.

Содержание в составе комплексной модифицирующей добавки 7,65-19,90 мас.% щелочного ускорителя твердения является оптимальным, так как обеспечивает необходимую скорость набора прочности бетона при нормальном твердении. Уменьшение количества щелочного ускорителя твердения менее 7,65 мас.% приводит к замедлению темпов набора прочности в ранние сроки твердения, а увеличение его дозировки более 19,90 мас.% - к снижению показателей поздней прочности модифицированного бетона, образованию менее плотной структуры цементного камня бетона, возможным высолам на поверхности изделий.

Наличие в составе комплексной модифицирующей добавки суперпластификатора в количестве 7,65-15,30 мас.% обусловлено оптимальными значениями водопотребности бетонных смесей с данной предлагаемой добавкой при заданной подвижности. Суперпластифицирование бетонных смесей способствует росту прочности и плотности быстротвердеющего портландцементного бетона во все сроки нормального твердения. Изменение дозировки суперпластификатора в составе комплексной модифицирующей добавки приводит к недостаточной пластификации бетонной смеси - в случае уменьшения дозировки менее 7,65 мас.% или к замедленному схватыванию модифицированной бетонной смеси и недобору прочности затвердевшим бетоном при увеличении дозировки более 15,30 мас.%.

Содержание в составе комплексной модифицирующей добавки 0,042-0,093 мас.% полигидроксидикарбоновой кислоты приводит к оптимальной продолжительности сохранения подвижности модифицированной бетонной смеси с данной предлагаемой добавкой, предотвращению спадов прочности затвердевшего бетона в промежутке 3-7 сутки нормального твердения и повышению показателей поздней прочности быстротвердеющих портландцементных бетонов, особенно при использовании подвижных и высокоподвижных бетонных смесей. Увеличение дозировки полигидроксидикарбоновой кислоты более 0,093 мас.% приводит к существенному торможению процессов схватывания и твердения бетонных смесей с предлагаемой добавкой. Уменьшение оптимальной дозировки компонента менее 0,042 мас.% будет равносильно его полному отсутствию.

Введение в состав комплексной модифицирующей добавки кальцинированной соды в оптимальном количестве 0,22-0,50 мас.% обусловлено необходимостью уменьшения жесткости воды, применяемой для затворения бетонных смесей, так как при реакции с солями жесткости воды полигидроксидикарбоновая кислота теряет свои замедляющие свойства. Увеличение дозировки кальцинированной соды более 0,50 мас.% приводит к ускорению схватывания модифицированной бетонной смеси, а уменьшение дозировки менее 0,22 мас.% приводит к потере замедляюще-стабилизирующей способности полигидроксидикарбоновой кислоты.

Содержание в составе комплексной модифицирующей добавки микрокремнезема в количестве, дополняющем общее содержание заявляемого вещества до 100 мас.%, является оптимальным для получения высокой плотности и прочности быстротвердеющего портландцементного бетона как в ранние, так и в поздние сроки твердения, а также сохранения достаточно высокой щелочности жидкой фазы цементного камня в бетоне, предотвращающей коррозию стальной арматуры. Уменьшение содержания микрокремнезема в составе комплексной модифицирующей добавки в меньшем количестве, чем дополняющем общее содержание заявляемого вещества до 100 мас.%, приводит к недобору прочности бетона в поздние сроки нормального твердения, а также к снижению плотности затвердевшего материала. Увеличение содержания микрокремнезема в составе комплексной модифицирующей добавки более количества, чем дополняющего общее содержание заявляемого вещества до 100 мас.%, приводит к понижению щелочности жидкой фазы цементного камня в бетоне ниже допустимых значений, а также повышению водопотребности модифицированной бетонной смеси и увеличению деформаций усадки бетона.

Предлагаемое изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведены данные о составах и дозировках комплексных модифицирующих добавок - заявляемого изобретения и прототипа, характеристики бетонных смесей и быстротвердеющих портландцементных бетонов, изготовленных с использованием этих добавок; таблицей 2, в которой приведены данные о свойствах бетонных смесей и бетонов, изготовленных при использовании комплексных модифицирующих добавок - заявляемого изобретения и прототипа.

Пример конкретного выполнения.

В качестве исходных компонентов для приготовления комплексной модифицирующей добавки для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов использовали: щелочной ускоритель твердения - химически чистый сульфат натрия Na₂SO₄·10H₂O по ГОСТ 6318; суперпластификатор С-3 по ТУ 6-36-02404229-625-90; полигидроксидикарбоновая кислота по ГОСТ 5817; техническая кальцинированная сода; высокодисперсный микрокремнезем, обладающий гидравлической активностью, являющийся попутным продуктом металлургического производства (г. Новокузнецк), по ТУ 574-048-02495332-96; с удельной поверхностью 17512 см²/г и составом, маc.%: SiO₂ 88,30; Аl₂О₃ 0,61; Fe₂O₃ 2,48; CaO 0,65; К₂O 1,41; MnO 0,37; Сr₂O₃ 0,02; С 2,48; ППП 376.

В качестве компонентов бетонных смесей использовался портландцемент М400Д-5 Голухинского цементного завода, песок речной Обской с модулем крупности 1,35, щебень из плотных горных пород Неверовского карьера фракций 5-20 мм. Содержание воды варьировалось в зависимости от дозировки комплексной добавки с обеспечением заданной подвижности бетонной смеси.

Комплексную модифицирующую добавку вводили в бетонную смесь в виде водной суспензии с плотностью 1,2...1,15 кг/м³. Приготовление суспензии этой добавки производили в следующей последовательности: в емкость для приготовления суспензии наливали воду, в ней растворяли кальцинированную соду, суперпластификатор С-3, щелочной ускоритель твердения - сульфат натрия и полигидроксидикарбоновую кислоту; в водный раствор добавок при постоянном перемешивании засыпался микрокремнезем. Полученную смесь перемешивали до однородности.

После того как составляющие бетонной смеси: песок, цемент, щебень - были перемешаны с частью воды затворения, отдозированную суспензию комплексной модифицирующей добавки подавали в смеситель. Воду в суспензии учитывали при приготовлении бетонной смеси как другую часть воды затворения.

Предлагаемый состав комплексной модифицирующей добавки для получения быстротвердеющих бетонов обладает лучшими свойствами по сравнению с прототипом, как видно из таблиц 1 и 2. Заявляемая комплексная модифицирующая добавка позволяет существенно увеличить время сохранения удобоукладываемости бетонной смеси: до 98-100% от начальной осадки конуса через 30 минут от приготовления бетонной смеси и 77-91% от начальной осадки конуса через 1 час после приготовления смеси при аналогичных показателях прототипа соответственно 64-76% и 37-58%.

Прочность модифицированного заявляемой добавкой бетона равномерно нарастает во все сроки твердения как при нормальном твердении, так и при тепловлажностной обработке, сбросы прочности отсутствуют, в то время как у прототипа наблюдаются понижения прочности бетонов различных марок и подвижностей в период с 3 по 7-14 сутки нормального твердения. Значения прочности бетонов с заявляемой комплексной модифицирующей добавкой стабильно высокие и превышают прочность бетонов аналогичных марок с добавкой-прототипом на 10-55% в зависимости от сроков твердения.

Составы 11 и 12 таблиц 1 и 2 являются примерами отклонения дозировки полигидроксидикарбоновой кислоты от оптимальных значений в меньшую (состав 11) и большую (состав 12) сторону. При уменьшении дозировки полигидроксидикарбоновой кислоты наблюдается ускорение потери подвижности бетонной смеси от начальной (100%) осадки конуса до 84% через 30 минут и до 59% через 1 час от приготовления бетонной смеси. Увеличение дозировки полигидроксидикарбоновой кислоты свыше оптимальной дозировки приводит к торможению процесса набора прочности модифицированным бетоном во все сроки нормального твердения и при тепловлажностной обработке.

Таким образом, использование предлагаемой комплексной модифицирующей добавки способствует не только получению высоких значений прочности бетонов в короткие сроки и ее стабильному росту, но также обеспечивает возможность регулирования удобоукладываемости бетонной смеси во времени, что крайне важно в условиях реального заводского производства.

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве различных быстротвердеющих бетонных и железобетонных изделий и конструкций из тяжелого и легкого бетона на предприятиях стройиндустрии без применения тепловой обработки, а также при ведении монолитного строительства. Комплексная модифицирующая добавка для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов включает щелочной ускоритель твердения, суперпластификатор, микрокремнезем и дополнительно полигидроксидикарбоновую кислоту и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: щелочной ускоритель твердения 7,65 - 19,90; суперпластификатор 7,65 - 15,30; полигидроксидикарбоновая кислота 0,042 - 0,093; кальцинированная сода 0,22 - 0,50; микрокремнезем - остальное. Технический результат - обеспечение регулирования удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей, стабильность нарастания прочности во времени быстротвердеющих портландцементных бетонов, полученных с использованием заявляемой комплексной модифицирующей добавки, а также повышение значений прочности этих бетонов. 2 табл.

Комплексная модифицирующая добавка для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов, включающая щелочной ускоритель твердения, суперпластификатор и микрокремнезем, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полигидроксидикарбоновую кислоту и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щелочной ускоритель твердения 7,65-19,90

Суперпластификатор 7,65-15,30

Полигидроксидикарбоновая кислота 0,042-0,093

Кальцинированная сода 0,22-0,50

Микрокремнезем Остальное