КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ВЫДЕРЖИВАНИЯ ИЛИ ИЗОЛЯЦИИ РЕЦЕПТУР БЕТОНА И ЦЕМЕНТА И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C04B41/47 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям для выдерживания или изолирования рецептур бетона и цемента, композициям включающим парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель, и при необходимости диспергирующее вещество, к способам их получения и способам их применения. Композиции изобретения применимы для выдерживания или изолирования бетона, используемого в дорожном полотне, шоссе, стоянке автомобилей и других, недавно нанесенных или уложенных поверхностях, для защиты от влаги и достижения высокой прочности при сжатии. Это изобретение также относится к композициям, используемым для покрытия, распыления, нанесения кистью, валиком и т.д. на обычных бетонных конструкциях из портландцемента или других нанесенных бетонных смесях в готовых строительных конструкциях, так же как на дорожном покрытии. Композиции изобретения создают эффективный слой, который регулирует и минимизирует потерю влаги из смеси для обеспечения надлежащего выдерживания и достижения высокой прочности при сжатии. Композиции изобретения дополнительно предлагают рецептуры бетона и цемента с пониженным содержанием водорастворимого хлорида.

Уровень техники

Соединения для выдерживания и изоляции обычно используются в цементной промышленности для улучшения изменения физических свойств недавно залитых бетонных смесей. Желательными материалами являются те, которые сочетают простоту нанесения, эффективные пленкообразующие характеристики, способность проникать и изолировать поры или дефекты бетона, низкую вредность, минимальное или отсутствие выделения VOC (летучие органические соединения), и доступность с конкурентоспособной стоимостью. Однако многие из предлагаемых в настоящее время материалов сегодня не обеспечивают подходящего сочетания таких признаков, необходимых для цементной промышленности.

Соединения для выдерживания бетона обычно наносят в качестве покрытия на поверхность недавно залитого бетона, чтобы обеспечить водонепроницаемый слой для сохранения влаги в бетонной смеси от слишком быстрого испарения, поддерживая таким образом соответствующий уровень гидратации для подходящего выдерживания и набора прочности при сжатии. Изоляционные соединения для бетона используются для долгосрочной защиты бетонной смеси от материалов, подобных солям щелочных металлов, которые могут выщелачивать и приводить к растрескиванию, преждевременному ухудшению характеристик или разрушению.

Доступные в настоящее время материалы для целей выдерживания или изоляции включают смолы на акриловой основе, эмульсии полимеров, восковые эмульсии, полимеры на основе уретана, производные природных материалов и другие. Некоторые используются в отдельных целях, или выдерживание или изоляция, а другие служат в двойных целях и как изолирующие соединения и как соединения для выдерживания. Эти материалы обычно смешиваются с пигментами, такими как диоксид титана (TiO₂), для создания поверхности, отражающей солнечный свет, минимизирования теплопоглощения, снижая таким образом температуру выдерживания бетона для обеспечения соответствующего выдерживания, набора прочности и снижения внутренних напряжений.

Крайне желательны материалы на водной основе и для изоляции, и для выдерживания из-за простоты обращения и очистки, исключения летучих органических соединений и исключения опасности возгорания, связанной с растворителями. В то время как материалы на основе растворителя продемонстрировали способность соответствовать стандартным характеристикам, требуемым для выдерживания, они предпочтительно используются для изоляции.

Известный уровень техники предлагает композиции восковых эмульсий и способ улучшения ранней прочности изделий из цемента с наполнителем в стабилизированной водной эмульсии с поверхностно-активным веществом, таким как соли щелочных металлов жирных кислот, соли щелочных металлов сульфированных жирных кислот, алкилсульфаты щелочных металлов, алкилсульфонаты щелочных металлов, арилсульфонаты щелочных металлов, алкиллаурилсульфонат щелочных металлов, соли щелочных металлов алкилированного нафталина, соли щелочных металлов лигносульфоновой кислоты, продукты конденсации этиленоксида и полиалкиленгликолей, глицериды жирных кислот, амиды жирных кислот, полиэтиленсорбитоловые эфиры жирных кислот, галиды четвертичного аммония, сложные эфиры сорбитола, эфиры или амиды сульфированных или сульфатированных жирных кислот и сульфоновая кислота.

В известном уровне техники также указывается, что введение композиций восковых эмульсий определенно предназначено для применения при выдерживании бетонных изделий, но не с двойной целью и для выдерживания и для изоляции. Восковые эмульсии считаются хорошими пленкообразующими материалами, но с недостаточной способностью общего водоудерживания, если не объединены с другими смолами или компонентами, такими как, например, углеводородные смолы.

Раскрытие изобретения

В одном осуществлении настоящее изобретение предлагает водную эмульсию, подходящую в качестве соединения для выдерживания смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа, с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, эмульсия содержит парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель и при необходимости диспергирующее вещество.

В другом осуществлении настоящее изобретение предлагает водную эмульсию, подходящую в качестве соединения для выдерживания смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа, с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, эмульсия включает по существу только парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель и при необходимости диспергирующее вещество.

В другом осуществлении настоящее изобретение предлагает способ получения водной эмульсии, подходящей в качестве соединения для выдерживания смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа, с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, способ включает стадии смешивания воды, парафинового воска, омыляющегося воска и омылителя, нагрева смеси до температуры около 185°F (85°С) - 205°F (96,1°C), затем гомогенизации смеси.

В одном осуществлении настоящее изобретение предлагает водную эмульсию, подходящую в качестве соединения для выдерживания и изоляции смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа, с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, и эффективно проходящую испытание проникновения соленой воды, такое как ASTM-C 1218, эмульсия включает парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель и при необходимости диспергирующее вещество.

В другом осуществлении настоящее изобретение предлагает водную эмульсию, подходящую в качестве соединения для выдерживания смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа, с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, и эффективно проходящую испытание проникновения соленой воды, такое как ASTM-C 1218, эмульсия включает по существу только парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель и при необходимости диспергирующее вещество.

В другом осуществлении настоящее изобретение предлагает способ получения водной эмульсии, подходящей в качестве соединения для выдерживания смесей вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, и эффективно проходящую испытание проникновения соленой воды, такое как ASTM-C 1218, способ включает стадии смешивания воды, парафинового воска, омыляющегося воска и омылителя, нагрева смеси до температуры около 185°F (85°С) - 205°F (96,1°С), затем гомогенизации смеси.

В другом осуществлении настоящее изобретение предлагает рецептуры бетона и цемента, покрытые или изолированные эмульсиями, описанными в заявке.

Осуществление изобретения

Было установлено, что композиции водных эмульсий изобретения, которые содержат парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель, и при необходимости диспергирующее вещество, при нанесении на поверхность свежеуложенной бетонной смеси обеспечивают превосходные свойства удерживания воды, соответствующие требованиям стандартных испытаний ранней прочности, таких как ASTM-309. Кроме того, было установлено, что эти уникальные эмульсии проникают через бетонную матрицу, чтобы служить эффективным изолирующим соединением, как показано в испытаниях, таких как ASTM-C 1218. В одном осуществлении точка плавления парафинового воска составляет около 50-70°С. В другом осуществлении парафиновый воск содержит один или более C_nH_2n+2 углеводородов, где n является целым числом от 18 до 42. Парафиновый воск может составлять около 10-40% масс. эмульсии. В другом осуществлении парафиновый воск может составлять около 15-35% масс. эмульсии. В другом осуществлении парафиновый воск может составлять около 15-25% масс. эмульсии.

В одном осуществлении второй воск представляет собой монтан-воск, также известный как озокерит с точкой плавления 70-100°С и кислотным числом более 25, и числом омыления более 85. Второй воск также может быть из класса восков, характеризующихся тем, что они обладают и кислотным числом и числом омыления, например, карнаубский воск, канделильский воск, воск восковницы восконосной, японский воск и т.п. Второй воск также может быть комбинацией или любым набором таких омыляющихся восков. В одном осуществлении второй воск присутствует в эмульсии в количестве около 0,01-20 частей масс. на 100 частей парафинового воска. В другом осуществлении второй воск присутствует в количестве около 0,01-10 частей масс. на 100 частей парафинового воска. В другом осуществлении второй воск присутствует в количестве около 0,5-7 частей масс. на 100 частей парафинового воска. В другом осуществлении второй воск присутствует в количестве около 0,02-5 частей масс. на 100 частей парафинового воска.

Омыление таких восков, как известно в современном уровне техники, может быть достигнуто взаимодействием воска с сильноосновным материалом, таким как гидроксид аммония или гидроксид щелочного металла, такой как гидроксид калия, гидроксид натрия или гидроксид лития. Количество необходимого омылителя может быть вычислено на основе числа омыления воска. В качестве одного примера, число омыления, деленное на 1000, равняется числу грамм гидроксида калия, которые необходимо добавить на грамм воска. Для монтан-воска, по меньшей мере, 0,1 части масс. гидроксида калия или менее 1 части масс. гидроксида натрия, или более 0,1 части масс. гидроксида аммония требуется на часть монтан-воска. Фактическое количество необходимого гидроксида щелочного металла или аммония может быть легко определено специалистами в данной области техники.

В определенных осуществлениях настоящего изобретения может быть полезным диспергирующий агент или модификатор текучести. Такие диспергирующие агенты являются сильными липофильными веществами, которые, следовательно, являются хорошими антивспенивателями. Одним таким диспергирующим агентом является поли(окси - 1,2-этандил)-альфа-фенил-омега-гидроксисополимер стирола. Соль полинафталинсульфоновой кислоты также может быть использована как диспергирующее вещество/поверхностно-активное вещество. Соль может быть получена реакцией полинафталинсульфоновой кислоты и омылителя. Одна коммерчески доступная полинафталинсульфоновая кислота представляет собой DISAL GPS, которая поставляется Handy Chemical, Монреаль, Квебек, Канада. Кальциевые соли, полинафталинсульфонаты DURASAR, также поставляемые Handy Chemical, Монреаль, Квебек, Канада, также могут быть использованы в качестве диспергирующего агента. В одном осуществлении диспергирующее вещество/поверхностно-активное вещество может составлять около 0,1-5% масс. эмульсии. В другом осуществлении диспергирующее вещество/поверхностно-активное веществ может составлять около 0,25-5% масс. эмульсии.

Было установлено, что композиции водных эмульсий изобретения, которые включают парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель, и при необходимости диспергирующий агент, хорошо совместимы с пигментами, такими как диоксид титана. Кроме того, концентрированные эмульсии с высоким содержанием твердого вещества легко могут быть разбавлены для снижения концентрации с сохранением устойчивой эмульсии.

В одном осуществлении композиции водных эмульсий изобретения используют в качестве соединений для выдерживания или изоляции и также компоненты эмульсии включены или смешаны при получении с цементными смесями, например, как часть водного компонента, что, как полагают, обеспечивает дополнительную совместимость, приводящую и к искомым требованиям прочности и к свойствам водоудерживания. Такие цементные смеси могут не содержать суперпластифицирующих добавок, модификаторов вязкости или реологии, или замедлителей схватывания.

В одном осуществлении водную эмульсию изобретения предпочтительно используют для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 часа с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309. В другом осуществлении водную эмульсию изобретения эффективно используют в качестве изолирующего состава для прохождения испытания проникновения соленой воды, такого как ASTM-C 1218. В другом осуществлении водную эмульсию изобретения применяют в качестве поверхностного покрытия, которое дополнительно проникает через поверхность смеси вяжущих материалов на глубину, по меньшей мере, 3/4 дюйма.

В одном осуществлении водные эмульсии изобретения не содержат коагулянтов, которые коагулируют пленкообразующие синтетические полимеры, когда эти полимеры находятся в присутствии ионов кальция свежеуложенного бетона или цементного раствора. В другом осуществлении эмульсии изобретения не содержат синтетических полимеров.

В одном осуществлении водные эмульсии изобретения не содержат производных олефин-малеиновый ангидрид.

В одном осуществлении водную эмульсию изобретения наносят как поверхностное покрытие и не используют как водный компонент при получении продукта из вяжущего материала.

В одном осуществлении водные восковые эмульсии получают в гомогенизаторе. При гомогенизации предпочтительно, чтобы достигалось распределение диаметра мицелл в диапазоне около 0,6-1,8 микрона. Однако распределение диаметров мицелл может составлять около 0,5-2,5 микрона. Этот уровень гомогенизации может быть достигнут, например, при использовании гомогенизатора с двойными отверстиями, работающего под давлением около 2000-4000 фунтов на кв. дюйм.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Таблица 1 представляет рецептуру композиции, используемой в примерах. При обычном приготовлении воду и водорастворимые компоненты смешивают и затем нагревают до температуры около 185°F (85°С) - 205°F (96,1°C). Восковые соединения добавляют и также нагревают до температуры около 185°F (85°С) - 205°F (96,1°С). Водные и восковые смеси объединяют и затем получаемую смесь помещают в гомогенизатор. При гомогенизации предпочтительно, чтобы достигалось распределение диаметров мицелл в диапазоне около 0,6-1,8 микрона. Однако распределение диаметров мицелл может составлять около 0,5 - 2,5 микрона. Этот уровень гомогенизации может быть достигнут, например, при использовании гомогенизатора с двойными отверстиями, работающего под давлением около 2000-4000 фунтов на кв. дюйм. К этой основной композиции добавляют 7,5% масс. TiO₂ для получения пленкообразующего соединения по ASTM С 309 Тип 1 и добавляют 8,5% об. TiO₂ для получения пленкообразующего соединения по ASTM C309 Тип 2.

Таблица 1 Рецептуры композиции Компонент Процентное содержание (% масс.) Парафиновый воск 20 Монтан-воск 1,0 Диспергирующее вещество DISAL¹ 1,0 45% води. КОН 0,25 Вода 77,75 ¹ DISAL - диспергирующее вещество, полинафталинсульфоновая кислота, поставляемое Handy Chemical, Монреаль, Квебек, Канада.

Пример 2: Композицию примера 1 изобретения проверяют на пригодность в качестве пленкообразующего соединения для выдерживания бетона в соответствии с ASTM 309. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2   Условия ASTM С-309 Пример 1 Водоудерживающая способность <0,55 кг/м² через 72 часа 0,16 Коэффициент отражения дневного света >60% 61,8% Время сушки <4 часов <4 часов

Пример 3: содержание водорастворимого хлорида в порошковых образцах бетона определяют в соответствии с ASTM 1218. Результаты представлены в таблицах 3А, 3В, 3С и 3D, причем в примерах 1-4 используют восковую эмульсию примера 1 изобретения. Сравнительные примеры А1-А4, включающие восковые эмульсии без омыляющегося воска. Сравнительные примеры В и D являются исходными контрольными образцами бетона, не подвергавшимися воздействию хлоридсодержащих солей. Сравнительные примеры С1-С4 являются контрольными образцами бетона, подвергавшимися воздействию хлоридсодержащих солей, и в сравнительных примерах XI-Х4 используют нано-покрытие XUREX, поставляемое Xurex, Inc.

Таблица 3А Пример Содержание хлорида % в бетоне Содержание хлорида % в вяжущем материале⁽³⁾ Содержание хлорида фунт/ярд^{3 (4)} 1 0,005 0,033 0,205 2 0,023 0,144 0,893 3 0,005 0,030 0,187 4 0,015 0,095 0,592 Сравнительный А1 0,059 0,372 2,304 Сравнительный А2 0,017 0,106 0,657 Сравнительный A3 0,020 0,123 0,765 Сравнительный А4 0,035 0,224 1,388 ⁽¹⁾Относительно общего содержания вяжущего материала 620 фунт/ярд^{3 (2)}Относительно веса бетона 3915 фунт/ярд³

Таблица 3В Пример Содержание хлорида % в бетоне Содержание хлорида % в вяжущем материале⁽¹⁾ Содержание хлорида фунт/ярд³⁽²⁾ Сравнительный В 0,002 0,009 0,077 ⁽³⁾Относительно общего содержания вяжущего материала 846 фунт/ярд^{3 (4)}Относительно веса бетона 3679 фунт/ярд³

Таблица 3С Пример Содержание хлорида % в бетоне Содержание хлорида % в вяжущем материале⁽¹⁾ Содержание хлорида фунт/ярд^{3 (2)} Сравнительный С1 0,004 0,025 0,152 Сравнительный С2 0,058 0,369 2.285 Сравнительный С3 0,039 0,248 1,538 Сравнительный С4 0,067 0,424 2,627 Сравнительный XI 0,027 0,173 1,074 Сравнительный Х2 0,038 0,242 1,499 Сравнительный Х3 0,052 0,327 2,029 Сравнительный Х4 0,024 0,150 0,929 ⁽¹⁾Относительно общего содержания вяжущего материала 620 фунт/ярд^{3 (2)}Основанный на конкретном весе 3915 фунт/ярд³

Таблица 3D Пример Содержание хлорида % в бетоне Содержание хлорида % в вяжущем материале⁽⁵⁾ Содержание хлорида фунт/ярд^{3 (6)} Сравнительный D 0,001 0,004 0,025 ⁽⁵⁾Относительно общего содержания вяжущего материала 643 фунт/ярд^{3 (6)}Относительно веса бетона 3859 фунт/ярд³

В то время как настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано со ссылкой на определенные осуществления и примеры, специалистам в данной области техники должно быть понятным, что изобретение может претерпевать изменения, не обязательно представленные в описании. На основании этого, для определения истинного объема притязаний настоящего изобретения необходимо ссылаться исключительно на прилагаемую формулу изобретения.

Изобретение относится к композициям для выдерживания или изолирования рецептур бетона и цемента и к способам их применения. Композиция включает водную эмульсию, содержащую около 10-40% мас. парафинового воска относительно веса эмульсии, около 0,01-20 частей мас. омыляющегося воска на 100 частей парафинового воска, омылителя, и около 0,1-5% мас. диспергирующего вещества относительно веса эмульсии. Указанная композиция используется в способе выдерживания или изоляции рецептур бетона и цемента, который включает приготовление указанной композиции с получением водной эмульсии и ее нанесение на поверхность бетона или цемента. Технический результат - повышение эффективности изоляции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 пр.

1. Способ выдерживания или изоляции рецептур бетона и цемента, включающих:
a) смешивание:
около 10-40 мас.% парафинового воска относительно веса эмульсии, около 0,01-20 мас.ч. омыляющегося воска на 100 частей парафинового воска, омылителя и около 0,1-5 мас.% диспергирующего вещества относительно веса эмульсии для формирования водной эмульсии; и
b) нанесение водной эмульсии на поверхность рецептур бетона или цемента.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий нагрев водной эмульсии до температуры около 185°F (85°С) - 205°F (96,1°C) и затем гомогенизацию смеси.

3. Способ по п.1, в котором водная эмульсия проникает через поверхность рецептур бетона или цемента на глубину, по меньшей мере, ³/₄ дюйма.

4. Способ по п.1, в котором водная эмульсия не содержит коагулянтов, которые коагулируют пленкообразующие синтетические полимеры, когда эти полимеры находятся в присутствии ионов кальция свежеуложенного бетона или цементного раствора.

5. Способ по п.1, в котором водная эмульсия не содержит синтетических полимеров.

6. Способ по п.1, в котором водная эмульсия не содержит производных олефин-малеиновый ангидрид.

7. Способ по п.1, в котором водная эмульсия состоит, по существу, из около 10-40 мас.% парафинового воска относительно веса эмульсии, около 0,01-20 мас.ч. омыляющегося воска на 100 частей парафинового воска, омылителя и около 0,1-5 мас.% диспергирующего вещества относительно веса эмульсии.

8. Способ по п.1, в котором рецептуру бетона или цемента готовят добавлением в смесь в качестве водного компонента композиции, включающей парафиновый воск, омыляющийся воск, омылитель, и дополнительное диспергирующее вещество.

9. Способ по п.1, в котором точка плавления парафинового воска составляет около 50-70°С, омыляющийся воск представляет собой монтан-воск с точкой плавления около 70-100°С, кислотным числом более 25 и числом омыления более 85, омылитель представляет собой гидроксид аммония или гидроксид щелочного металла и диспергирующее вещество представляет собой полинафталинсульфоновую кислоту.

10. Композиция для выдерживания или изоляции, нанесенная на поверхность вяжущих материалов для достижения уровня потерь воды <0,55 кг/м² за 72 ч с нормой расхода 150 фут²/галлон при испытании по ASTM-309, и эффективно проходящая испытание проникновения соленой воды, такое как ASTM-C 1218, причем композиция для выдерживания или изоляции включают водную эмульсию, содержащую около 10-40 мас.% парафинового воска относительно веса эмульсии, около 0,01-20 мас.ч. омыляющегося воска на 100 частей парафинового воска, омылитель и около 0,1-5 мас.% диспергирующего вещества относительно веса эмульсии.

11. Композиция для выдерживания или изоляции по п.10, в которой водная эмульсия не содержит коагулянтов, которые коагулируют пленкообразующие синтетические полимеры, когда эти полимеры находятся в присутствии ионов кальция свежеуложенного бетона или цементного раствора.

12. Композиция для выдерживания или изоляции по п.10, в которой водная эмульсия не содержит синтетических полимеров.

13. Композиция для выдерживания или изоляции по п.10, в которой водная эмульсия не содержит производных олефин-малеиновый ангидрид.

14. Композиция для выдерживания или изоляции по п.10, в которой водная эмульсия состоит, по существу, из около 10-40 мас.% парафинового воска относительно веса эмульсии, около 0,01-20 мас.ч. омыляющегося воска на 100 частей парафинового воска, омылителя и около 0,1-5 мас.% диспергирующего вещества относительно веса эмульсии.