КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА В БЕТОННЫЕ СМЕСИ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C04B24/16 C04B24/30 C04B103/30 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонов, строительных растворов, железобетонных и специальных бетонных изделий.

Известно использование в качестве добавки в бетонные смеси суперпластификатора С-3 (см. п. Украины № 24298А от 28.09.1993 г., опубл. 30.10.1998 г., М.кл.⁶ С 04 В 7/04, 28/04). Суперпластификатор С-3 (полинафталинсульфонат натрия) добавляют в бетонную смесь в количестве, составляющем 1,35-1,65% от массы цемента. Известная добавка обуславливает повышение пластичных свойств бетонной смеси при сниженном водосодержании, что предотвращает ее расслоение при транспортировке, а также способствует уплотнению дисперсной фазы и снижению объема воздушных пор в контактной зоне с получением высокоплотного бетона.

Однако бетонная смесь с добавкой суперпластификатора С-3 характеризуется недостаточно высокой прочностью в ранние сроки твердения. Экспериментально установлено, что прочность такого бетона составляет 11,5 МПа, а для получения 70% марочной прочности бетона необходимо 120 часов твердения, что удлиняет распалубочные работы. Это объясняется следующим.

Входящие в состав суперпластификатора С-3 высокомолекулярные соединения (продукты поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида - полинафталинсульфонаты) образуют на поверхности частиц цемента адсорбционный слой и изменяют свойства границы вода-цемент, что обуславливает высокую стойкость бетонной смеси к расслоению и ее пластичность при низком водосодержании. Но именно образование прочного структурированного адсорбционного слоя, препятствующего водоотдаче, обуславливает удлинение срока твердения бетонной смеси.

Кроме того, известная бетонная смесь, содержащая суперпластификатор С-3, не обеспечивает получение бетона с высокой морозостойкостью за счет повышенного содержания капиллярных пор.

Известна также комплексная добавка для растворных и бетонных смесей, содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия, мелассную упаренную послеспиртовую барду и сульфат натрия (см. п. Украины № 23457А от 28.12.1996 г., опубл. 31.08.1998 г., М. кл.⁶ С 04 В 13/24) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия20-60Сульфат натрия10-15Мелассная упаренная послеспиртовая барда30-65

Известная добавка не обеспечивает высокую прочность бетонов на ранних стадиях, что не позволяет выполнять распалубочные работы в ранние сроки. Кроме того, известная добавка не обеспечивает получение бетонных изделий с высокой морозостойкостью. Это объясняется повышенным водосодержанием бетонной смеси для обеспечения необходимой пластичности и высокой капиллярной пористостью бетонных изделий.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой добавке является комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия в количестве 61-95 мас.% и суперпластификатора С-3 на основе полинафталинсульфонатов - остальное (Патент РФ №2228306 от 09.12.2002 г. на изобретение под названием "Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы").

Для получения указанной добавки дозируют исходные компоненты - смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 в емкость для смешения, а затем производят их принудительное перемешивание до получения однородной смеси. Этот способ получения комплексной добавки является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату.

Обеспечивая необходимую подвижность бетонных и растворных смесей, а также хорошие свойства строительных растворов и бетонов по показателям марочной прочности и морозостойкости, указанная комплексная добавка характеризуется тем не менее недостаточной сохраняемостью ее свойств при хранении и недостаточной сохраняемостью показателей пластификации (подвижности) бетонных смесей с ней.

В связи с этим предлагаемая группа изобретений направлена на решение технической задачи стабилизации свойств комплексной добавки при ее хранении по показателям пластификации и морозостойкости растворной смеси с ней. Дополнительно решается задача стабилизации свойств комплексной добавки при ее хранении по показателям подвижности бетонной смеси и набору ранней прочности бетоном, в том числе при пониженной температуре.

Первая из поставленных задач решается тем, что известная комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов, дополнительно содержит щелочной компонент в количестве, необходимом для придания 1,0% водному раствору добавки значения рН в диапазоне значений от 8,1 до 10,8 включительно, а соотношение по массе смеси балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата натрия и роданида натрия к суперпластификатору С-3 на основе полинафталинсульфонатов составляет 1:0,1-10,0.

Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы по настоящему изобретению может содержать в качестве щелочного компонента едкий натр при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,25Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное.

Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, указанная выше, может дополнительно содержать лигносульфонаты технические при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,20Лигносульфонаты технические1,50-15,00Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное.

Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы по настоящему изобретению может дополнительно содержать нитрит натрия или формиат натрия при следующем соотношении компонентов:

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,20Нитрит натрия или формиат натрия5,00-42,50Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное

Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы по настоящему изобретению может содержать основные компоненты балластных солей сероочистки коксового газа и суперпластификатора С-3 в следующем соотношении по массе: тиосульфат натрия:роданид натрия (ТСН):полинафталинсульфонаты (NaCNS) = 1:1,6-2,4:3,0-12,0.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Смесь балластных солей сероочистки коксового газа, содержащая тиосульфат, роданид и сульфат натрия, способствует ускорению твердения бетонной смеси за счет интенсификации развития гидратационных процессов. Полинафталинсульфонаты (обычно, натрия), являющиеся основой суперпластификатора С-3, характеризуются высокими пластифицирующими свойствами за счет снижения поверхностного натяжения на границе вода-цемент, но замедляют процесс твердения бетонной смеси. Введение же в бетонную смесь добавки, содержащей смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и полинафталинсульфонатов в заявляемом соотношении, обуславливает повышение прочности бетона в ранние сроки твердения и морозостойкости бетонных изделий при сохранении высокой пластичности бетонной смеси. Однако в составе исходных компонентов комплексной добавки по настоящему изобретению (смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов) присутствуют некоторые содержащиеся в небольшом количестве компоненты, которые после их смешения способствуют протеканию физико-химических процессов, изменяющих состав и свойства комплексной добавки, при иных, чем заявленные в настоящем изобретении значениях рН ее 1% раствора, что, в свою очередь, ведет к снижению ее эффективности при хранении, а также к значительному разбросу результатов испытаний при введении комплексной добавки в растворные и бетонные смеси. Необходимое значение рН необходимо установить после смешения основных исходных компонентов заявляемой комплексной добавки. Определение рН ведется для 1,0% раствора комплексной добавки, так более концентрированные (в том числе 2%) растворы не позволяют определять достоверные значения рН вследствие их большей ионной силы и относительно высокой концентрации примесей, влияющих на протекание электродных реакций в процессе определения рН.

Заявляемый диапазон значений рН и 1,0% концентрация раствора комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы по настоящему изобретению при определении этого показателя являются оптимальными для стабильности свойств комплексной добавки при ее хранении и влиянии на свойства бетонных смесей и строительных растворов и изделий из них. Этот диапазон установлен экспериментально, то же относится и к значениям соотношений компонентов комплексной добавки и к их виду. Наиболее эффективно применение в качестве щелочного компонента едкого натра, имеющего общий ион натрия с основными компонентами комплексной добавки по настоящему изобретению. Дополнительное введение формиата или нитрита натрия и технических лигносульфонатов (желательно на натриевой же основе) позволяет дополнительно стабилизировать свойства комплексной добавки при ее применении, в том числе после длительного хранения.

Снижение величины рН комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы по отношению к заявленному диапазону ведет к нестабильности ее пластифицирующего действия и снижению сроков сохранения своей первоначальной эффективности.

Повышение величины рН комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы по отношению к заявленному диапазону ведет к значительному падению ее эффективности после хранения и ухудшению стабильности показателей добавки по ее влиянию на показатели морозостойкости и ранней прочности растворов с ней.

Сказанное выше подтверждается следующими конкретными примерами осуществления изобретения.

Для приготовления комплексной добавки использовали суперпластификатор С-3 по ТУ 5870-002-58042865-03 (СП С-3) и смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия по ТУ 5 61-к-118-001-92 (СБС), лигносульфонаты технические по ТУ 13-0281036-05-89 (ЛСТ), хлористый натрий, едкий натр NaOH и другие щелочные компоненты, сульфат натрия (СН) реактивные - марки "ч.". Для определения величины рН 1,0% раствора комплексной добавки (получаемого из готовой комплексной добавки путем ее растворения в дистиллированной воде) использовали стандартный рН-метр со стеклянным электродом, обеспечивающий необходимую точность измерений (0,05 ед. рН). Определение содержания отдельных компонентов в комплексной добавке проводили стандартными методами количественного химического анализа. Плотность раствора комплексной добавки определяли денсиметром при 20°С, содержание влаги в комплексной добавке определяли путем ее высушивания до постоянной массы при 105°С.

Составы комплексных добавок и результаты их воздействия на растворную смесь стандартного состава 1:3 по ГОСТ 310.4 при В/Ц=0,4 приведены в таблицах 1-4.

Для решения дополнительной технической задачи предлагается комплексную добавку в бетонные смеси и строительные растворы готовить следующим способом: сначала дозируют балластные соли сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия, суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов и остальные компоненты в емкость для смешения при температуре 15-50°С с расчетом получения водного раствора приготавливаемой комплексной добавки с плотностью 1120-1320 кг/м³, затем начинают их принудительное перемешивание до получения комплексной добавки, имеющей стабильное значение рН 1,0% водного раствора.

Таблица 1.№ п/пСоотношение компонентов комплексной добавкиВид щелочного компонентарН 1% раствораСохраняемость свойств комплексной добавки после 6 месяцев хранения, отношение исходного показателя в растворной смеси к показателю после хранения, %СБССП С-3По пластификацииПо морозостойкости1.110,1Са(ОН₂8,11001001.211КОН9,01101001.3110NaOH10,81101201.410,1Са(ОН₂7,580801.511КОН8,085901.6110NaOH11,095801.741нет7,09080Таблица 2.№ п/пСостав добавки, мас.%рН 1% раствораСтабильность свойств комплексной добавки по показателям растворной смеси с ней (относительные величины разброса результатов испытаний, %, контрольный образец по прототипу принят за 100%) после 6 месяцев храненияСБССП С-3NaOH ПластификацияМарочная прочностьМорозостой-кость2.184,7515,000,2510,89085902.249,9050,000,109,29085802.314,9885,000,028,19090902.46139нет7,5100100100Таблица 3.№Состав комплексной добавки, мас.%рН 1%Сохраняемостьп/пСП С-3NaOHNaNO₂ Нитрит натрияЛСТФормиат натрияСБСрастворасвойств комплексной добавки после 6 месяцев хранения, по показателю пластификации/
морозостойкости, %3.115,000,20-15,00-69,8010,8100/1103.2500,17-5,00-44,839,5105/1053.385,000,02-1,50-13,488,1100/1053.430нетнетнетнет707,570/603.515,000,0242,50--42,488,1100/1003.685,000,205,00--9,8010,8105/1003.749,900,10--25,025,08,9110/105

Таблица 4.№ п/пСоотношение основных компонентов комплексной добавки по массерН 1% раствораСохраняемость свойств комплексной добавки после 6 месяцев хранения, по показателю пластификации/морозостойкости, %ТСНNaCNSПолинафталин-сульфонаты натрия4.111,612,08,1110/1054.211,810,010,0115/1104.312,06,59,0115/1154.412,43,010,8110/105Примечание к Табл.4: В качестве щелочного компонента использованы: карбонат калия (пример 4.1), едкий натр (пример 4.2), аммиак (пример 4.3), гидроксид лития (пример 4.4). Соотношение СБС к СП С-3 составляет: 1 к 4 для примера 4.1; 1 к 3 для примера 4.2; 1 к 2 для примера 4.3; 1 к 1 для примера 4.4.

Полученный раствор комплексной добавки со стабильным значением рН может быть высушен при температуре 80-130°С до достижения содержания влаги в сухой комплексной добавке в диапазоне величин от 2,0 до 9,5 мас.%, включительно.

Получение комплексной добавки можно вести таким образом, что водные растворы указанных исходных компонентов дозируют при температуре 25-50°С с расчетом получения раствора приготавливаемой комплексной добавки с плотностью 1180-1280 кг/м³, принудительное перемешивание осуществляют с использованием циркуляционного насоса, при этом общая кратность циркуляции принудительного перемешивания должна быть не менее 10, а общее время перемешивания после окончания дозирования щелочного компонента не более 0,5 часа.

Кратность циркуляции определяется традиционно как соотношение количества раствора, прошедшего через насос (определяется умножением производительности насоса на время перемешивания), к общему количеству раствора приготавливаемой комплексной добавки. При температуре ниже 15°С не все компоненты комплексной добавки по настоящему изобретению достаточно хорошо растворимы в воде, а при температуре более 50°С невозможно стабилизировать значение рН, и происходит ухудшение свойств комплексной добавки. При кратности циркуляции 10 и выше свойства комплексной добавки при ее хранении не улучшаются.

Исходные основные компоненты комплексной добавки, а именно смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов натрия в предварительно рассчитанных количествах дозируют любым известным весовым (или объемным - для растворов) методом в емкость для принудительного перемешивания, добавляют в нее, при необходимости, воду до получения требуемой плотности раствора. Выход от циркуляционного перемешивающего насоса устанавливают как можно дальше от точки забора перемешиваемого раствора. Щелочной компонент дозируют, по возможности, в зоны забора раствора циркуляционным насосом или зону подачи этого раствора в емкость для перемешивания после насоса. Возможно и предварительное дозирование щелочного компонента в любой другой компонент до подачи их в емкость для смешения. При этом исключают контакт раствора комплексной добавки с углекислым газом из атмосферного воздуха. Определение величины рН начинают вести через 5-10 минут после начала перемешивания или на 7-8 цикле циркуляции и считают ее установившейся, если значение рН не изменилось в течение 2-х минут или 2-х циклов циркуляции. Хранение раствора добавки осуществляют в герметически закрытых емкостях, например в стальных или пластмассовых бочках с завинчивающимися крышками. Примеры приготовления комплексной добавки приведены в таблице 5.

Таблица 5№ п/пПараметры смешения компонентов комплексной добавкиПараметры сушки№ состава по табл.
1-4t,°CрН 1% раствораПлотность, кг/м³Кратность циркуляцииВремя смешения, часt,°CСодержание влаги, мас.%5.11.1158,11120----5.21.2309,01180----5.31.35010,81320----5.42.3258,11180100,4--5.52.15010,81280120,5--5.62.22510,81180-0,21302,05.73.2410,01260--1106,05.84.44,58,11320--809,55.91.7307,91200----

Для проверки свойств комплексной добавки по настоящему изобретению была приготовлена бетонная смесь, содержащая 1 часть бетона, 1,5 части песка, 3 части щебня фракции 10-20, 2 части щебня фракции 10-40 и 0,38 частей воды. Для приготовления бетонной смеси использовали:

- цемент Старооскольского цементного завода марки ПЦ-500Д0;

- песок для строительных работ с модулем крупности 2, 3.

Заявляемую добавку, параметры получения которой приведены в таблице 6, вводили в бетонную смесь в количестве 0,3-1,5% от массы цемента в расчете на сухое вещество. В полученных бетонных смесях определяли подвижность по ГОСТ 10181.1. Из бетонных смесей готовили образцы бетонов для испытаний на раннюю прочность, в том числе при отрицательных температурах, и морозостойкость. Для определения времени достижения 70%-ной марочной прочности образцов в возрасте, начиная с 24 часов, определяли прочность на сжатие в соответствии с ГОСТ 10180. После 28 суток образцы подвергали испытаниям на морозостойкость по ГОСТ 10060.2. Были испытаны бетонные смеси, содержащие добавку как с заявляемым соотношением компонентов, так и с запредельным соотношением заявляемых компонентов, как сразу после приготовления добавок, так и после хранения их в течение 6 месяцев. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 6. Были также проведены испытания бетонной смеси, изготовленной с комплексной добавкой по прототипу.

Из таблицы 6 видно, что комплексная добавка по настоящему способу обеспечивает сохранение своих свойств после ее хранения в течение 6 месяцев по влиянию на подвижность бетонной смеси и марочную прочность бетона, а также на ускорение раннего набора прочности, в том числе при пониженной температуре (опыты № 3-8).

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонов, строительных растворов, железобетонных и специальных бетонных изделий. Технический результат - получение комплексной добавки, имеющей стабильные свойства по воздействию на растворные и бетонные смеси при ее хранении в течение длительного срока. Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов, дополнительно содержит щелочной компонент в количестве, необходимом для придания 1,0% водному раствору комплексной добавки значения рН от 8,1 до 10,8, а соотношение по массе смеси балластных солей сероочистки коксового газа к суперпластификатору С-3 составляет 1 к 0,1-10,0. Добавка содержит в качестве щелочного компонента едкий натр при следующем соотношении компонентов, мас.%: суперпластификатор С-3 - 15,00-85,00, едкий натр - 0,02-0,25, смесь балластных солей сероочистки коксового газа - остальное. Добавка дополнительно содержит лигносульфонаты технические при следующем соотношении компонентов, мас.%: суперпластификатор С-3 - 15,00-85,00, едкий натр - 0,02-0,20, лигносульфонаты технические - 1,50-15,00, смесь балластных солей сероочистки коксового газа - остальное или нитрит или формиат натрия при следующем соотношении компонентов: суперпластификатор С-3 - 15,00-85,00, едкий натр - 0,02-0,20, нитрит натрия или формиат натрия - 5,00-42,50, смесь балластных солей сероочистки коксового газа - остальное. Добавка содержит основные компоненты балластных солей сероочистки коксового газа и суперпластификатора С-3 в следующем соотношении по массе, соответственно: тиосульфат натрия: роданид натрия: полинафталинсульфонаты = 1:1,6-2,4:3,0-12,0. Способ приготовления указанной комплексной добавки включает дозирование ее компонентов в емкость для смешения при температуре 15-50°С с расчетом получения водного раствора приготавливаемой комплексной добавки с плотностью 1120-1320 кг/м³ и их последующее принудительное перемешивание до получения комплексной добавки, имеющей стабильное значение рН 1% водного раствора. Полученный раствор комплексной добавки высушивают при температуре 80-130°C до достижения содержания влаги в сухой комплексной добавке от 2,0 до 9,5 мас.% включительно. Водные растворы исходных компонентов дозируют при температуре 25-50°С с расчетом получения раствора приготавливаемой комплексной добавки с плотностью 1180-1280 кг/м³, принудительное перемешивание осуществляют с использованием циркуляционного насоса, при этом общая кратность циркуляции принудительного перемешивания должна быть не менее 10, а общее время перемешивания после окончания дозирования щелочного компонента не более 0,5 часа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит щелочной компонент в количестве, необходимом для придания 1,0%-ному водному раствору комплексной добавки значения рН от 8,1 до 10,8, а соотношение по массе смеси балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата натрия и роданида натрия и суперпластификатора С-3 на основе полинафталинсульфонатов составляет 1 : 0,1-10,0.2. Комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве щелочного компонента едкий натр при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,25Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,20Лигносульфонаты технические1,50-15,00Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное

Суперпластификатор С-3 на основе полинафталинсульфонатов15,00-85,00Едкий натр0,02-0,20Нитрит натрия или формиат натрия5,00-42,50Смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрияОстальное