БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2004 года по МПК C04B28/04 C04B111/34 

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам, в частности к составам бетонных смесей, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для изготовления монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Известен состав по патенту РФ № 2093487, кл. С 04 В 22/06, 1997, содержащий шлам, образующийся при нейтрализации отхода обработки алюминиевых сплавов известковым молоком в присутствии коагулянтов - сульфата железа и сульфата аммония, содержащий следующие компоненты, мас.%: СаСО₃ 36-44; Fе(ОН)₃ 17-19; Аl(ОН)₃ 15-18; Са(ОН)₂ 10-12; Mg(OH)₂ 4-8; MgCO₃ 4-6; CaSO₄ 2-4; SiO₂ 1-2.

Недостатками этого состава являются относительно низкие пластические свойства, а также низкие прочностные характеристики получаемого из него бетона.

Известна бетонная смесь по авторскому свидетельству СССР № 1374704, кл. С 04 В 22/08, 1996, принятая заявителем за прототип и содержащая, мас.%: портландцемент 11,147-11,159; песок 30,286-30,320; щебень 52,579-52,639; пластификатор на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида 0,056-0,100; смола нейтрализованная воздухововлекающая 0,001-0,003; нитрит натрия 0,156-0,178; диэтаноламин 0,089-0,134 и вода - остальное.

Однако данная бетонная смесь обладает недостаточной пластичностью и низкими прочностными характеристиками, которые приводят к образованию трещин при усадке бетонных изделий.

Технической задачей изобретения является создание безусадочных модифицированных бетонов с ранними сроками твердения, отвечающих требованиям производства строительных работ на основе монолитных бетонов.

Поставленная задача решается тем, что в бетонной смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексный модификатор, содержащий пластификатор и воздухововлекающую добавку, комплексный модификатор содержит в качестве пластификатора лигносульфанат технический ЛСТ, в качестве воздухововлекающей добавки - щелочной сток производства капролактама ЩСПК и дополнительно регулятор жидкой фазы - поташ K₂CO₃ при их соотношении по массе 1:0,1:1, при следующем соотношении компонентов бетонной смеси, мас.%: портландцемент 21,13-22,14; песок 28,31-30,00; щебень 41,26-42,03; комплексный модификатор указанного состава 0,13-0,18; вода - остальное.

На фиг.1 - изображена диаграмма влияния модификатора на нормальную густоту цементного теста;

на фиг.2 - динамика нарастания прочности цемента с трехкомпанентным модификатором.

Приготовление бетонной смеси производят следующим образом. Портландцемент, песок и щебень в сухом виде подают в бетоносмеситель и смешивают их до получения однородной массы. Отдельно готовят комплексный модификатор, в котором лигносульфонат технический ЛСТ используют в качестве пластификатора, щелочной сток производства капролактама ЩСПК на основе водного раствора соли адипинатора натрия, - в качестве воздухововлекающей добавки, и поташ К₂СО₃ - в качестве регулятора жидкой фазы. Эти вещества тщательно перемешивают в соотношении 1:0,1:1 по массе. Затем, взяв необходимое количество приготовленного комплексного модификатора, установленное при подборе состава бетонной смеси, растворяют его в воде и вместе с водой добавляют к ранее приготовленной в бетоносмесителе однородной массе из портландцемента, песка и щебня. Перемешивают все эти компоненты, добавив до необходимого количества воду, после чего готовую бетонную смесь подают к месту укладки.

В приготовлении бетонной смеси основным процессом должно быть адсорбционно-диспергирующее разрушение частиц цемента, а базовым компонентом комплексного модификатора - пластифицирующее вещество, которое понижает количество свободной и увеличивает объем адсорбционно связанной воды.

В качестве пластифицирующего компонента в предлагаемой бетонной смеси использован лигносульфонат технический ЛСТ. Будучи ионоактивным и поверхностно-активным веществом, ЛСТ является сильным органическим электролитом, изменяющим свойства границы раздела цемента, определяющим устойчивость коллоидной системы и регулирующим смачиваемость и адсорбцию.

Свойства воды как растворителя изменяются в присутствии электролитов. В качестве добавки, которая способствует повышению адсорбционной прочности когезии частиц, выбран поташ К₂СО₃, который, кроме того, не вызывает коррозии арматуры.

Таким образом, поташ К₂СО₃ формирует свойства дисперсионной среды, повышает ее щелочность, а также способствует пластификации цементного теста. Кроме того, он ускоряет набор пластической прочности цементным раствором, что весьма важно для монолитных бетонов. При больших дозировках поташ приводит к потере воздухововлекающего действия и образованию высолов на поверхности бетонных изделий.

Компенсировать потерю воздухововлечения и соответственно получить дополнительную пластификацию и стабилизацию бетонной смеси, а также повысить морозостойкость бетона можно введением воздухововлекающей добавки - щелочного стока производства капролактама ЩСПК.

Кроме того, поташ использован в качестве катализатора твердения бетонной смеси и добавки, имеющей антифризные свойства. Дозировка его рассчитана на количество воды затворения с последующим перерасчетом на цемент. Поскольку поташ относится к категории солей с сильно выраженными щелочными свойствами, количество его подбиралось в малых дозах во избежание побочных явлений, например высолообразования на поверхности бетонных конструкций. Выбор поташа обусловлен возможностью использования его в бетонах для возведения в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен монолитных лифтовых и лестничных блоков в монолитных кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий. Кроме того, имеется опыт безобогревочного бетонирования при пониженных положительных температурах в вертикальной скользящей опалубке с введением в бетонную смесь этого ускорителя.

Таким образом, К₂СО₃ является инициатором растворения Са(ОН)₂. Хорошая растворимость К₂СО₃ (111 мг/г) и повышенная активность карбонатного иона с понижением температуры позволяют рассматривать поташ как эффективный ускоритель твердения цемента при пониженных положительных температурах воздуха.

По совокупности основных свойств трехкомпонентная смесь ЛСТ, ЩСПК и К₂СО₃ представляет собой комплексный химический модификатор полифункционального действия для цементного теста, бетонной смеси и бетона.

Для экспериментальной проверки эффективности заявленной бетонной смеси были приготовлены пять составов бетонных смесей: два состава запредельные, в которых значения ниже минимальных и выше максимальных, указанных в формуле изобретения, а три состава получены с использованием промежуточных значений компонентов. Все составы, в том числе и прототип, приведены в таблице 1.

В результате испытаний установлена высокая эффективность воздействия комплексного модификатора на цемент:

- нормальная густота цементного теста снизилась с 0,305 до 0,225 (фиг.1);

- начало схватывания наступило через 50-100 мин вместо 200 мин, а конец схватывания остался неизменным, т.е. интервал изменения теста от пастообразного состояния до камневидного практически не увеличился;

- за контрольное время твердения в 28 суток модифицированный цемент набрал прочность равную 60 МПа (стандартный образец 42 МПа);

- в течение суток экспериментальные образцы показали прочность 25 МПа (контрольный менее 10 МПа);

- динамика набора прочности характеризуется интенсивным нарастанием в течение суток при максимальном содержании модификатора 0,13-0,18% массы бетонной смеси (фиг.2).

Полученные результаты испытаний сведены в таблицу 2.

Оценка эффективности действия лигносульфоната технического и поташа проводилась на тяжелом бетоне состава 1:1,81:3,1 при водоцементном отношении, равном 0,51 (В/Ц=0,51), количество комплексного модификатора составляло 0,13-0,18% от массы цемента. Полученные свойства этих бетонных смесей приведены в таблице 3.

Уменьшение водоцементного отношения и введение лигносульфоната технического ЛСТ в качестве электролита создает дополнительный прирост прочности бетона в ранние сроки твердения, несмотря на повышенное воздухововлечение в процессе его структурообразования.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о комплексном действии модификатора на цемент и бетон, которое заключается в одновременном пластифицировании и вовлечении воздуха: осадка конуса выросла с 0,6 до 8,5-9,5 см; удобоукладываемость бетонной смеси значительно улучшилась; плотность бетона понизилась на 50 кг/м³, а прочность возросла на 20%. В экономических целях расход цемента на 1 м³ бетона можно снизить на 10-15%.

Судя по полученным данным, распалубочная прочность набирается через 5-8 часов, что вполне отвечает требованиям к производству строительных работ на основе монолитных бетонов.

Между цементом с добавкой ЛСТ и с комплексным модификатором имеется существенная разница в усадочных деформациях. При использовании трехкомпонентного модификатора они равны нулю. Деформированные свойства: модуль упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона и трещиностойкость возрастают, что может служить гарантией долговечности бетонов в условиях их эксплуатации.

Установлено, что тяжелые бетоны с комплексным модификатором обладают улучшенными прочностными и деформативными свойствами. Это позволяет говорить об их большей долговечности в условиях эксплуатации. В целом получено существенное улучшение функционально-технологических свойств модифицированных цементов и бетонов на их основе, что обусловило техническую целесообразность и перспективность их применения в новых конструктивно-архитектурных формах строительства.

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам, в частности к составам бетонных смесей, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для изготовления монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций. Технический результат - создание безусадочных модифицированных бетонов с ранними сроками твердения, отвечающих требованиям производства строительных работ на основе монолитных бетонов. В бетонной смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексный модификатор, содержащий пластификатор и воздухововлекающую добавку, комплексный модификатор содержит в качестве пластификатора лигносульфанат технический ЛСТ, в качестве воздухововлекающей добавки - щелочной сток производства капролактама ЩСПК и дополнительно регулятор жидкой фазы - поташ K₂CO₃ при их соотношении по массе 1:0,1:1, при следующем соотношении компонентов бетонной смеси, мас.%: портландцемент 21,13-22,14; песок 28,31-30,00; щебень 41,26-42,03; комплексный модификатор указанного состава 0,13-0,18; вода - остальное. 3 табл., 2 ил.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, песок, щебень, воду и комплексный модификатор, содержащий пластификатор и воздухововлекающую добавку, отличающаяся тем, что комплексный модификатор содержит в качестве пластификатора лигносульфанат технический ЛСТ, в качестве воздухововлекающей добавки - щелочной сток производства капролактама ЩСПК и дополнительно регулятор жидкой фазы - поташ K₂CO₃ при их соотношении по массе 1:0,1:1, при следующем соотношении компонентов бетонной смеси, мас.%:

Портландцемент 21,13-22,14

Песок 28,31-30,00

Щебень 41,26-42,03

Комплексный модификатор

указанного состава 0,13-0,18

Вода Остальное