СМЕСЬ ВЕЩЕСТВ, ПРИМЕНИМАЯ, В ЧАСТНОСТИ, В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2011 года по МПК C04B28/02 C04B24/30 C04B111/34 C04B111/50 

Изобретение относится к смеси веществ для отверждающихся строительных материалов, в частности бетона.

В ходе усиливающейся индустриализации во многих странах мира и постоянно растущей потребности человечества в передвижениях все большее значение приобретает строительство дорог и путей.

Самым распространенным строительным материалом для дорог является битум. Преимуществом битума является то, что он достаточно гибкий, чтобы в некоторой степени увлекаться грунтом, так что на построенной из него дороги не будет появляться разрывов и/или бугров по краям. Кроме того, битумное покрытие проявило себя как исключительно стойкое к износу, так что дороги с битумным покрытием служат долго.

Недостатком битума является его очень высокая стоимость и недостаточная доступность этого производного нефти во многих частях света. Кроме того, битум из-за его недостаточной теплостойкости во многих странах южного и дальневосточного полушария не подходит как строительный материал для дорожного строительства.

Альтернативным битуму материалом для строительства дорог является бетон. Бетон является существенно более дешевым материалом по сравнению с битумом и требующиеся для бетонных смесей материалы: цемент, вода и заполнитель, как, например, песок, во многих частях света доступны по меньшей мере легче, чем битум. Кроме того, бетон не размягчается и при очень сильном солнечном излучении.

Чтобы из бетона можно было строить дороги, грунт под бетонной плитой должен быть очень твердым. Иначе бетонные плиты разломятся или местами осядут, так что могут появиться бугры по краям, которые очень обременительны как для автомобилей, так и для их водителей.

Упрочнение грунта является очень затратным процессом, при котором, как правило, естественный грунт должен заменяться способным уплотняться материалом, например песком.

Эта проблема встречается не только при строительстве дорог, но также вообще в строительной промышленности, где применяется бетон.

Поэтому нужно с помощью добавок сделать бетон, недостаточно гибкий в испытаниях, настолько гибким, чтобы он по возможности достиг гибкости битума.

Например, из документа AU-A-35121/93 известна смесь веществ, которая добавляется в бетонную смесь, чтобы повысить его гибкость и уменьшать усадку при отверждении.

Эта смесь веществ образована в основном из двух компонентов, из которых один компонент состоит преимущественно из хлоридных солей, а другой компонент является щелочным силикатом (жидким стеклом), предпочтительно силикатом натрия. Оба компонента заранее смешиваются и затем добавляются в бетонную смесь из цемента, воды и песка, чтобы затем применяться, например, для строительства дорог.

Этот способ имеет тот недостаток, что оба компонента смеси веществ реагируют друг с другом уже при предварительном смешении, и силикат отверждается раньше, чем он приходит в контакт с бетонной смесью, так что непосредственное действие этой смеси веществ в бетонной смеси ограничено.

Кроме того, некоторые проблемы выявляются еще в том, что жидкое стекло относится к классу опасных веществ и поэтому должно обрабатываться только с применением перчаток, защитных очков и фартуков, и при его перевозке должны приниматься соответствующие меры безопасности.

Документ DE 19649478 A1 описывает водную дисперсию, которая может применяться в качестве заполнителя для бетонных смесей. Описываемую там бетонную смесь предпочтительно получают тем, что цемент, заполнитель и при необходимости воду смешивают друг с другом и затем добавляют дисперсию согласно изобретению. Равным образом возможен любой другой порядок смешения компонентов. В принципе эта дисперсия очень выгодна, так как она не вызывает опасений для окружающей среды и безопасна для людей, повышает гибкость бетона и снижает усадку бетонной смеси при отверждении. Однако недостатком является то, что дисперсия из-за содержания в ней воды имеет относительно высокую массу и тем самым приводит к высоким транспортным расходам. Кроме того, описанный там продукт не подходит для добавления в цемент, так как это было бы возможным лишь в том случае, если бы речь шла о сухом, порошкообразном материале.

Поэтому стоит задача найти экологически безопасную смесь веществ, которая повышает гибкость бетона и снижает усадку бетонной смеси при отверждении. Кроме того, эта смесь веществ должна подходить также как добавка в цемент или как смесь для другого связующего. Эта смесь веществ должна иметь как можно более высокую транспортабельность и должна позволять использовать в бетонной смеси заполнители, которые ранее считались ядами для цемента.

Согласно изобретению эта задача решена разработкой смеси веществ, которая содержит:

a) 1-8% ксантановой смолы

b) 1-6% псевдовязкого загустителя, содержащего воду

c) 2-10% разжижителя

d) 20-50% синтетической смолы, совместимой с цементом

e) 0,1-3% пенообразователя

f) 30-70% ускорителя отверждения

g) 0,2-4% консерванта,

причем полный вес всех компонентов смеси веществ должен составлять 100% вес.

Исключительно благоприятной оказалась следующая особая композиция:

a) 1-8%, предпочтительно 4% ксантановой смолы

b) 1-6%, предпочтительно 3% псевдовязкого загустителя, содержащего воду

c) 2-10%, предпочтительно 5% разжижителя

d) 20-50%, предпочтительно 35% синтетической смолы, совместимой с цементом

e) 0,1-3%, предпочтительно 1% пенообразователя

f) 30-70%, предпочтительно 50% ускорителя отверждения

g) 0,2-4%, предпочтительно 2% консерванта,

причем полный вес всех компонентов опять же должен давать 100% вес. Эту смесь смешивают сухой как порошок.

В качестве псевдовязкого загустителя благоприятной показала себя содержащая воду камедь плодов рожкового дерева. Ксантановая смола и камедь плодов рожкового дерева имеют синергическое действие, так как они обе оказывают псевдовязкое действие на бетон, смешиваемый со вспомогательным веществом. Вместе с разжижителем, предпочтительно простым эфиром поликарбоновых кислот (в виде порошка), бетонная смесь является одновременно очень тонкой и текучей. Ксантановая смола и камедь плодов рожкового дерева могут также быть заменены метилцеллюлозой.

Кроме того, добавляется совместимая с цементом синтетическая смола, также в виде порошка (дисперсный порошок). В качестве пенообразователя оказался подходящим Hostapur OSB, так как он образует микропоры. В качестве ускорителя отверждения могут использоваться все подходящие ускорители, предпочтительно формиат кальция или хлорид кальция. Однако в качестве ускорителя отверждения могут также применяться плавленый глиноземистый цемент, так как он также приводит к экзотермической реакции, которая ускоряет связывание стандартного цемента. В качестве консерванта особенно хорошо подходит консервант фирмы Thor.

Предпочтительно дополнительно можно использовать в качестве синтетического латекса полибутадиенстирольный сополимерный латекс, в качестве формиата щелочноземельного металла - формиат кальция и в качестве консерванта - 2-н-октил-4-изотиазолинон-3-он, растворенный в пропиленгликоле.

Другим объектом изобретения является бетонная смесь, содержащая:

a) 0,01-0,5 кг, предпочтительно 0,05-0,1 кг смеси веществ по изобретению, на кг цемента,

b) цемент,

c) заполнитель,

d) при необходимости воду,

причем компоненты бетонной смеси используются в обычных количествах.

Бетонную смесь по изобретению предпочтительно получают тем, что цемент, заполнитель и при необходимости воду смешивают друг с другом, после чего добавляют смесь веществ по изобретению. Возможен также любой другой порядок смешения компонентов.

Бетонная смесь по изобретению является псевдовязкой, то есть она стабильно вязкая и не течет, пока не прикладывается кинетическая энергия. Разумеется, если бетонная смесь перекачивается насосом или подвергается вибрационному уплотнению в опалубке, ее текучесть будет усиливаться, и тем самым не будет образовываться никаких пустот, которые снижают прочность на растяжение при изгибе и прочность на сжатие или приводят к оптическим недостаткам.

Бетон по изобретению имеет очень хорошую способность удерживать влагу, что приводит к тому, что бетон достигает оптимальной твердости также в горячих и очень сухих условиях.

Далее преимуществом является то, что ксантановая смола и камедь плодов рожкового дерева предотвращают образование кристаллов воды до температуры

-200°C, так что с бетоном можно обращаться и при минусовых температурах. И при очень низких температурах бетон остается физически прочным, не усаживается, а также не трескается или не ломается.

В качестве заполнителя могут использоваться почти все материалы, которые имеются в распоряжении на строительных площадках или в зоне применения. Особенно подходят щебень, грунт, песок или также ломаный асфальт. Бетонную смесь по изобретению замешивают на месте; после добавления воды смесь выравнивают и уплотняют так называемыми вибровалками. После очень короткого периода схватывания при необходимости можно нанести верхний защитный слой из асфальта, от которого, однако, можно также отказаться, например, для хозяйственных дорог в сельской местности.

Ксантановую смолу и камедь плодов рожкового дерева также можно заменить метилцеллюлозой.

Другим объектом изобретения является получение строительных материалов, предпочтительно плит или камней, из бетонной смеси по изобретению.

Бетонная смесь по изобретению может применяться для любого рода бетонных конструкций, предпочтительно для строительства дорог, путей и укреплений, так что дальнейшим объектом изобретения является применение этой смеси и соответствующие бетонные сооружения, предпочтительно дорожные, путевые и другие укрепляющие покрытия или конструкции.

От смеси веществ по изобретению можно получить следующую выгоду:

- к бетонной смеси нужно добавлять всего одно вспомогательное вещество, которое не нужно предварительно смешивать, чтобы сделать бетон более гибким и чтобы уменьшить усадку при отверждении. Благодаря этому снижаются затраты на перевозку и хранение. Смесь веществ по изобретению не относится к разряду опасных веществ, так что с ней можно обращаться без защитных мер,

- смесь веществ по изобретению не опасна для окружающей среды,

- бетонная смесь по изобретению твердеет очень быстро,

- со смесью веществ по изобретению можно получать бетонную смесь с заполнителями, которые до этого считались ядами для цемента,

- в качестве заполнителей бетонной смеси можно использовать обычный песок, а кроме того, также почву любого типа, загрязненную или незагрязненную, и/или такие материалы, как боксит, латерит, вулканический пепел, пемзу и золу из установок сжигания,

- с бетонной смесью по изобретению можно получить строительные материалы и бетонные конструкции любого рода, предпочтительно дорожные и путевые покрытия, тем, что в качестве заполнителей бетонной смеси вместо обычных заполнителей можно использовать вынутый грунт со строительной площадки и/или материалы типа песка и почвы, которые имеются на месте строительства.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Чтобы проверить, в какой мере смесь веществ по изобретению изменяет механические свойства, в частности эластичность и характеристики усадки бетона, и насколько можно снизить усадку бетонной смеси, был проведен опыт с и без добавления смеси веществ.

Сначала готовили бетонную смесь, которая имела следующий

состав:

- 20 кг цемента,

- 100 литров песка и

- 5 литров воды.

Затем эту бетонную смесь делили на две части в соотношении 1:1 и заполняли ею два отдельных бака.

Одну бетонную смесь оставляли как есть, а другую бетонную смесь смешивали с 0,1 литра смеси веществ по изобретению следующего состава:

4% ксантановая смола

3% псевдовязкий загуститель, содержащий воду

5% разжижитель

35% синтетическая смола, совместимая с цементом

1% пенообразователь

50% ускоритель отверждения

2% консервант.

Затем бетонную смесь по изобретению и обычную бетонную смесь разливали в деревянные формы размером 50×20×1 см (длина × ширина × глубина), в которых каждая бетонная смесь отверждалась. Было получено соответственно по 10 плит.

Визуальная оценка бетонных плит показала, что бетонные плиты по изобретению усаживаются меньше, чем обычные бетонные плиты.

Затем соответствующие 10 бетонных плит жестко закрепляли боковой стороной в машине для испытаний, а к другому боку на удалении 45 см от места закрепления гидравлической стойкой нагружали с возрастающим усилием до тех пор, пока они не разламывалась. Во время этого испытания оптически измеряли деформацию каждой бетонной плиты.

Оказалось, что бетонные плиты по изобретению в среднем имели в 2,5 раза большую способность деформироваться перед разрывом.

Пример 2

Как уже упоминалось выше, со смесью веществ согласно изобретению можно в качестве заполнителя бетонных смесей использовать вещества, какие до этого считались ядами для цементов. Чтобы проиллюстрировать это, готовили три бетонные смеси, каждая из которых содержала 20 кг цемента и 5 литров воды. В качестве заполнителя смесь 1 содержала 100 литров стандартного крупнозернистого песка, смесь 2 - 100 литров естественного грунта, вынутого со строительной площадки, и смесь 3 - 100 литров золы с установки сжигания.

Каждую бетонную смесь предварительно тщательно перемешивали в бетономешалке и затем в баке смешивали с 0,1 литра смеси веществ согласно примеру 1 и разливали в описанные в примере 1 формы для получения плит. В этих формах бетонные смеси отверждались.

Визуальная оценка всех 10 бетонных плит показала, что усадка бетонных смесей при отверждении во всех случаях была незначительной.

Затем плиты подвергали различным механическим испытаниям, например на прочность на сжатие, деформируемость и твердость поверхностного слоя, причем оказалось, что механические свойства всех бетонных плит были сопоставимо хорошими.

Настоящее изобретение относится к смеси веществ, применяемой в качестве добавки для отверждаемых строительных материалов, в частности бетонной смеси. Технический результат: получение экологически безопасной смеси веществ, используемой в качестве добавки, которая способствует повышению гибкости бетона и уменьшению усадки. Смесь веществ, применяемая в качестве добавки для отверждающихся материалов, в частности для бетонной смеси, содержит, вес.%: ксантановую смолу 1-8; псевдовязкий загуститель, содержащий воду, 1-6; разжижитель 2-10; синтетическую смолу, совместимую с цементом, 20-50; пенообразователь 0,1-3; ускоритель отверждения 30-70, консервант 0,2-4, причем полный вес всех компонентов смеси веществ должен равняться 100 вес.%. Применение указанной смеси веществ для бетонной смеси, содержащей 0,01-0,5 кг предпочтительно 0,05-0,1 кг на кг цемента смеси веществ, цемент, заполнитель. Вышеуказанная бетонная смесь, содержащая в качестве заполнителя любые виды песка, любые виды почвы, загрязненной или незагрязненной, и/или такие материалы, как боксит, латерит, вулканический пепел, пемза и зола с установок сжигания. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Смесь веществ, применяемая в качестве добавки для отверждающихся материалов, в частности, для бетонной смеси, содержащая:
a) 1-8% ксантановой смолы,
b) 1-6% псевдовязкого загустителя, содержащего воду,
c) 2-10% разжижителя,
d) 20-50% синтетической смолы, совместимой с цементом,
e) 0,1-3% пенообразователя,
f) 30-70% ускорителя отверждения,
g) 0,2-4% консерванта,
причем полный вес всех компонентов смеси веществ должен составлять 100 вес.%.

2. Смесь веществ по п.1, содержащая:
a) 4% ксантановой смолы,
b) 3% псевдовязкого загустителя, содержащего воду,
c) 5% разжижителя,
d) 35% синтетической смолы, совместимой с цементом,
e) 1% пенообразователя,
f) 50% ускорителя отверждения,
g) 2% консерванта,
причем полный вес всех компонентов должен составлять 100 вес.%, причем эту смесь смешивают сухой как порошок.

3. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полибутадиенстирольный латекс и в качестве консерванта - 2-н-окти-4-изотиазолинон-3-он, растворенный в пропиленгликоле.

4. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве разжижителя применяется простой эфир поликарбоновых кислот.

5. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя применяется камедь плодов рожкового дерева.

6. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пенообразователя применяется Hostapur OSB.

7. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что используется ускоритель отверждения из группы формиата кальция, хлорида кальция или плавленого глиноземистого цемента.

8. Смесь веществ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве консерванта используется консервант фирмы Thor.

9. Применение смеси веществ по одному из пп.1-8 для бетонной смеси, содержащей
a. 0,01-0,5 кг, предпочтительно 0,05-0,1 кг на кг цемента смеси веществ согласно по изобретению по одному из пп.1-8,
b. цемент,
c. заполнитель.

10. Бетонная смесь, отличающаяся тем, что содержит
a. 0,01-0,5 кг, предпочтительно 0,05-0,1 кг на кг цемента смеси веществ согласно одному из пп.1-8,
b. цемент,
c. заполнитель,
причем в качестве заполнителя могут использоваться любые виды песка, любые виды почвы, загрязненной или незагрязненной, и/или такие материалы, как боксит, латерит, вулканический пепел, пемза и зола с установок сжигания.