НАПОЛНИТЕЛЬ-ПЛАСТИФИКАТОР ДЛЯ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТНЫХ ВЯЖУЩИХ Российский патент 2014 года по МПК C04B14/28 

Изобретение - наполнитель-пластификтор для смесей на основе цементных вяжущих - относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных и растворных смесей на основе цементных вяжущих. Изобретение может быть использовано как компонент в сухих и бетонных смесях. Наполнитель-пластификатор включает в себя минеральный носитель - тонкомолотый известняк, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):

- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,

- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,

- лигносульфонат - 0,005-15%,

- абиетат натрия - 0,0005-5%,

- вода - остальное.

Рекомендуемый состав наполнителя-пластификатора в готовом виде:

- тонкомолотый известняк - 95,49%,

- поликарбоксилатный эфир - 2,14%,

- лигносульфонат - 1,22%,

- абиетат натрия - 0,17%

- вода - остальное,

при содержании наполнителя-пластификатора 4-6% от массы цемента.

Технический результат:

- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,

- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),

- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,

- увеличение водонепроницаемости бетона,

- увеличение морозостойкости бетона,

- увеличение сульфатостойкости бетона.

Изобретение относится к производству цементных бетонов как общестроительных, так и для ответственных объектов промышленного и транспортного строительства повышенной долговечности.

Известен минеральный наполнитель в виде тонкомолотого кварцевого песка, в результате введения которого возрастает прочность цементной композиции [1]. Недостатком полученного состава является низкая морозостойкость бетона.

Известен состав, включающий минеральный носитель - карбонатный шлам (побочный продукт водоумягчения на ТЭС), состоящий из 90-95% CaCO₃ и 5-10% Fe(OH)₃ с удельной поверхностью твердых частиц 5-7 тыс. см²/г [2]. Положительным эффектом этого состава является повышение прочности бетона на сжатие. Недостатком является повышенная водопотребность смеси, что способствует в процессе твердения образованию более пористой структуры цементного камня и, как следствие, пониженной морозостойкости.

Наиболее близким по составу и технической сути является комплексный модификатор к цементному бетону, в котором в качестве минерального носителя использован карбонатный шлам водоумягчения ТЭС, с удельной поверхностью частиц основного минерала - карбоната кальция - 10000 см²/г, а в качестве водоредуцирующего поверхностно-активного компонента - поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, масс.%: карбонатный шлам - 99,5, поликарбоксилатный эфир - 0,5, при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента [3]. Принят за прототип. Достоинством этого комплексного модификатора является повышение прочности и морозостойкости бетона. Недостатком является недостаточно высокая морозостойкость бетона, при которой нельзя осуществлять строительство ответственных транспортных, промышленных, и других сооружений.

Сущностью изобретения является повышение качества бетонной смеси.

Технический результат:

- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,

- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),

- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,

- увеличение водонепроницаемости бетона,

- увеличение морозостойкости бетона,

- увеличение сульфатостойкости бетона.

Технический результат достигается тем, что в наполнителе-пластификторе для смесей на основе цементных вяжущих, содержащем тонкомолотый известняк в качестве минерального носителя и поликарбоксилатный эфир в качестве пластификатора, особенностью является то, что он содержит тонкомолотый известняк с удельной поверхностью частиц 1000-4000 см²/г в качестве минерального носителя, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):

- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,

- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,

- лигносульфонат - 0,005-15%,

- абиетат натрия - 0,0005-5%,

- вода - остальное.

Производство наполнителя-пластификатора на твердом носителе осуществляют методом адсорбции из раствора необходимых составляющих.

Наполнитель-пластификатор, при применении в растворных и бетонных смесях, создает сильный пластифицирующий эффект, формирует равномерную структуру раствора и бетона, обеспечивает производство бетона высокой прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и химической стойкости.

Введение наполнителя-пластификатора в смеси на основе цемента приводит, при твердении, к образованию гидросиликатов кальция с содержанием в них нанопор, при этом не ухудшаются условия последующей гидратации цемента. При последующем действии нагрузки, а так же факторов внешней среды, свободная вода не извлекается из нанопор и способствует гидратации.

Использование наполнителя-пластификатора в бетонных смесях, позволяет достигать высокой подвижности до П4-П5, увеличения прочности отвердевшего бетона на 65% и более (в т.ч. в возрасте 1 сут нормального твердения - на 75-80%), высокой морозостойкости отвердевшего бетона F300* в солях, уменьшения растворо- и водоотделения бетонной смеси более чем в 2 раза, увеличения водонепроницаемости бетона и существенного увеличения его коррозионной стойкости.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. При оценке увеличения подвижности, прочности, снижения раствороотделения, водоотделения, проницаемости для приготовления бетонных смесей использовали: портландцемент ЦЕМ I 42,5 H, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М_кр=2,15, наполнитель-пластификатор. При оценке морозостойкости и сульфатостойкости для приготовления бетонной смеси использовали: портландцемент 500-Д0-Н, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М_кр=2,59, наполнитель-пластификатор. Приготовление образцов, испытания, оценка эффективности проводились по стандартным методикам. Ниже, в таблицах, приведены данные о составах и свойствах бетонных смесей, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Таблица 1 Оценка увеличения подвижности бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ   Расчетный состав бетонной смеси на 1 м³, кг КС РСМ Цемент 350 Щебень 1050 Песок 780 Вода 165 Наполнитель-пластификатор - 20,3   Расчетные характеристики бетонной смеси Об. вес б. смеси, кг/м³ 2345 В/Ц 0,47   Фактический состав бетонной смеси на 1 м³, кг Цемент 352 347 Щебень 1056 1040 Песок 785 772 Вода 166 163 Наполнитель-пластификатор - 20,1   Результаты испытаний бетонной смеси и бетона ОК, см 2 18 Увеличение/снижение подвижности П1 с П1 до П4 Об. вес бетона, т/м³ 2,36 2,34 R_{1 сут}, МПа 15,8 17,5 R_{3 сут}, МПа 29,5 36,9 R_{28 сут}, МПа 56,8 61,6 Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, % 1 сутки плюс 10,8 3 суток плюс 25,1 28 суток плюс 8,5

Таблица 2 Оценка увеличения прочности бетона на сжатие при введении наполнителя-пластификатора РСМ   Расчетный состав бетонной смеси на 1 м³, кг КС РСМ Цемент 350 Щебень 1050 Песок 780 Вода 165 Наполнитель-пластификатор - 20,3   Расчетные характеристики бетонной смеси Об. вес б. смеси, кг/м³ 2365 ОК, см 10-15   Фактический состав бетонной смеси на 1 м³, кг Цемент 341 352 Щебень 1039 1074 Песок 760 785 Вода 185 138 Наполнитель-пластификатор - 20,4   Результаты испытаний бетонной смеси и бетона ОК, см 15 17 Об. вес б. смеси, т/м³ 2,33 2,37 Об. вес бетона, т/м³ 2,36 2,41 R_{1 сут}, МПа 9,2 16,2 R_{3 сут}, МПа 15,8 27,3 R_{28 сут}, МПа 35,6 61,1 Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, % 1 сутки плюс 76,1 3 суток плюс 72,8 28 суток плюс 71,6

Таблица 3 Оценка снижения растворо- и водоотделения бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ   Расчетный состав бетонной смеси на 1 м³, кг КС РСМ Цемент 356 Щебень 962 Песок 798 Наполнитель-пластификатор - 20,6   Проектные характеристики бетонной смеси ОК, см более 21   Фактический состав бетонной смеси на 1 м³, кг Цемент 350 354 Щебень 961 972 Песок 786 795 Вода 223 153 Наполнитель-пластификатор - 20,6   Результаты испытаний бетонной смеси ОК, см 23 27 Показатель 13,7 7 раствороотделения П_р, %     Показатель водоотделения П_в, % 1,2 0,05

Таблица 4 Оценка увеличения водонепроницаемости бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ   Состав бетонной смеси на 1 м³, кг КС РСМ Цемент 341 350 Щебень 1039 1067 Песок 760 780 Вода 185 137 Наполнитель-пластификатор - 20,6   Результаты испытаний бетонной смеси и бетона ОК, см 15 15 Марка бетона по водонепроницаемости W6 W12

Таблица 5 Испытание на морозостойкость и сулъфатостойкость бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ   Состав бетонной смеси на 1 м³, кг РСМ Цемент 396 Щебень 1087 Песок 722 Вода 163 Наполнитель-пластификатор 24,3   Результаты испытаний бетонной смеси и бетона ОК, см 21 R_{28 сут}, МПа 52,1 Марка бетона по водонепроницаемости W20 Марка бетона по морозостойкости F300* (в солях) Коэффициент стойкости бетона при сжатии после 1 года выдерживания в 5%-ном растворе сульфата натрия 0,99

Литература

1. Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве / В.И. Соломатов, А.Н. Бобрышев, К.Г. Химмлер. - М.: Стройиздат, 1988, - 198 с.

2. А.с. №709593. Сырьевая смесь для получения керамзитобетона / А.А. Новопашин, С.Ф. Коренькова [и др.] - Опубл. 1979

3. Патент RU 2360877.

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных и растворных смесей на основе цементных вяжущих. Технический результат заключается в увеличении подвижности бетонной и растворной смеси, увеличении прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения), уменьшении растворо- и водоотделения бетонной смеси, увеличении водонепроницаемости бетона, увеличении морозостойкости бетона, увеличении сульфатостойкости бетона. Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих содержит следующие компоненты, мас.%: тонкомолотый известняк 60-98,8; поликарбоксилатный эфир 1-10; лигносульфонат 0,005-10; 0,0005-5. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих, содержащий тонкомолотый известняк в качестве минерального носителя и поликарбоксилатный эфир в качестве пластификатора, отличающийся тем, что он содержит тонкомолотый известняк с удельной поверхностью частиц 1000-4000 см²/г в качестве минерального носителя, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тонкомолотый известняк 60-98,8 поликарбоксилатный эфир 1-10 лигносульфонат 0,005-10 абиетат натрия 0,0005-5 вода остальное

2. Рекомендуемый состав наполнителя-пластификатора, охарактеризованного в п.1, в готовом виде:
тонкомолотый известняк 95,49 поликарбоксилатный эфир 2,14 лигносульфонат 1,22 абиетат натрия 0,17 вода остальное