КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2014 года по МПК C04B24/26 C04B111/20 

Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к составу и способу приготовления комплексной добавки для бетонов.

Известна композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит.

(см. Патент РФ №2276660, С04В 22/00, 2004 г.).

Известная композиция содержит следующие компоненты, масс.%:

Лигносульфонаты технические 20 Глина, содержащая монтмориллонит 20 Глина огнеупорная 60

В том же патенте описан способ производства комплексной добавки на основе указанной композиции путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов. Данное изобретение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному изобретению и поэтому принято за прототип.

Недостатком известной комплексной добавки является неудовлетворительная прочность получаемого с ее использованием бетона. Кроме того, повышенный расход добавки - 1,5% (от массы цемента) - снижает эффективность ее использования.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических свойств бетона, включающего комплексную добавку.

Поставленная задача решена созданием композиции для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающей лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, которая дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, % масс.:

Лигносульфонаты технические 30-60 Глина, содержащая монтмориллонит 14-26 Хлористый кальций 1-5 Щелочной сток производства ε-капролактама 2-4 Олигомеры ε-капролактама 2-4 Спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама 10-20 Фосфолипиды растительных масел 4-7 Нерафинированное рапсовое масло 3-8

Поставленная задача решается также способом производства комплексной добавки для бетонов путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов композиции, при котором сначала в роторно-пульсационный смеситель вводят и совместно диспергируют щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел и нерафинированное рапсовое масло, затем в смеситель вводят глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10^-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций.

В процессе совместного диспергирования олигомеры ε-капролактама и продукты спиртовой фракции отхода производства ε-капролактама вступают в реакции ацидолиза, алкоголиза, этерификации и полимеризации с триглицеридами, жирными кислотами и фосфолипидами растительных масел с образованием высокомолекулярных веществ, обладающих выраженными смачивающими и диспергирующими свойствами, и этим способствуют увеличению площади взаимодействия между твердыми частицами монтмориллонита и молекулами олигомеров ε-капролактама, в том числе их диффузии в межслоевое пространство монтмориллонита. В межслоевом пространстве продолжаются процессы образования высокомолекулярных веществ, молекулы которых образуют эластичный межслоевой наноразмерный «каркас», придающий монтмориллониту связанность, пластичность и прочность. Водные суспензии наноструктурированного монтмориллонита представляют собой устойчивую коллоидную систему с размером частиц монтмориллонита 0,1÷100 нм, которая не расслаивается в течение 11-12 месяцев. То есть наноструктурированный монтмориллонит повышает диспергирующие, стабилизирующие, пластифицирующие и кольматирующие свойства предлагаемой комплексной добавки. Лигносульфонаты повышают подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси, снижают водоцементное отношение. Хлорид кальция способствует повышению прочности бетона, морозостойкости. Наноструктурированный олигомерами ε-капролактама монтмориллонит увеличивает подвижность, нерасслаиваемость бетонной смеси, способствует ее уплотнению и формированию равномерной структуры бетона в процессе твердения.

Согласно изобретению используют: лигносульфонаты технические ТУ 5870-002-46849456-03, монтмориллонит ГОСТ 7032-75, хлористый кальций ГОСТ 450-77, фосфолипиды растительных масел ТУ 10040259-89, щелочной сток производства капролактама ТУ 2433-039-00205311-08, нерафинированные масла - подсолнечное ГОСТ 52465-2005, рапсовое ГОСТ 8988-2002, касторовое ГОСТ 6757-96, а также спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама и концентрированные олигомеры ε-капролактама (КОК) производства полиамида-6.

Изобретение иллюстрируют примерами:

Пример 1. Готовят комплексную добавку для бетонов.

Для производства 100 кг (100% масс.) комплексной добавки для бетонов в смеситель роторно-пульсационного типа сначала вводят и совместно диспергируют 4 кг щелочного стока производства ε-капролактама (то есть 4% масс.), 4 кг олигомеров ε-капролактама (4% масс.), 20 кг спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама (20% масс.), 7 кг фосфолипидов растительных масел (7% масс.) и 8 кг нерафинированного рапсового масла (8% масс.), ведут процесс в течение 120 минут, затем в смеситель вводят 26 кг глины (26% масс.), содержащей монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц менее 10^-2 мкм, после чего в смесь вводят 30 кг лигносульфонатов технических (30% масс.) и 1 кг хлористого кальция (1% масс.).

Примеры 2-4. Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Показатели процесса приведены в таблице 1.

Пример 5. Для производства комплексной добавки для бетонов в смеситель роторно-пульсационного типа вводят и совместно измельчают все компоненты смеси до размера частиц монтмориллонита менее 10^-1 мкм. Показатели процесса приведены в таблице 1.

Таблица 1 Наименование параметра Ед. изм. Параметры по примерам 1 2 3 4 5 Лигносульфонаты технические % масс. 30 45 60 25 65 Хлористый кальций % масс. 1 3 5 6 1 Глина, содержащая монтмориллонит % масс. 26 20 14 29 10 Щелочной сток производства ε-капролактама % масс. 4 3 2 5 1 Олигомеры ε-капролактама % масс. 4 3 2 5 1 Спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама % масс. 20 15 10 25 5 Фосфолипиды растительных масел % масс. 7 6 4 3 8 Нерафинированное рапсовое масло % масс. 8 5 3 2 9 Размер частиц монтмориллонита, менее мкм 10^-2 10^-2 10^-2 10^-1 10^-1

Эффективность предлагаемой комплексной добавки определяли в соответствии с ГОСТ 3045-2008. Подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси оценивали по величине осадки конуса (ОК) в соответствии с ГОСТ 10181-2000.

Для приготовления бетонной смеси использовали цемент марки ЦВМ I 42,5 Н, ГОСТ 31108-2003, песок с модулем крупности (М_кр) 2,0-2,5 и щебень фракции 5,0-20,0 мм. В соответствии с ГОСТ 18105-86, ГОСТ 27006-86 и СНиП 82-02-95 «Федеральные элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций» и по результатам лабораторных и опытно-производственных испытаний был подобран контрольный состав бетонной смеси в расчете на 1 м³. Для определения прочности на сжатие изготавливали кубы 100×100×100 мм (4 серии по 6 шт.) для каждого образца бетона с добавками и образца без добавок (эталона). Путем пересчета расхода материалов, необходимых для получения образцов бетона, получили следующий состав сухой бетонной смеси: цемент - 1,08 кг; песок 2,5 кг; щебень - 3,39 кг.

Для испытаний образцов бетона использовали гидравлический пресс П-125 со шкалой 62,5 тс и таблицу пересчета нагрузки сжатия при поправочном коэффициенте К=0,95, учитывающем размер грани куба испытуемого образца (100 мм), так как стандартными для испытаний являются кубы с размером грани 150 мм (ГОСТ 10180-90, ГОСТ 18105-86).

Результаты испытаний бетона с предлагаемой комплексной добавкой по примерами и добавкой-прототипом приведены в таблице 2.

Таблица 2 Образцы бетона Нормальная густота цементной пасты, % Количество добавки, от массы цемента в бетонной смеси, % Водоцементное отношение Осадка конуса, см Прочность на сжатие, МПа Водопо-
Глоще-
ние, % С добавкой по примеру 1 26,8 0,25 0,3 18 38,2 0,03 С добавкой по примеру 2 26,1 0,35 0,27 22 42,8 0,03 С добавкой по примеру 3 26,5 0,3 0,27 18 39,0 0,03 С добавкой по примеру 4 27,0 1,2 0,33 20 32,7 0,09 С добавкой по примеру 5 27,6 1,0 0,3 20 33,2 0,1 С добавкой по прототипу 27,1 1,5 0,35 20 34,1 0,09

За счет использования предлагаемой комплексной добавки оптимизированного состава, изготовленной по предлагаемой технологии (примеры 1-3), показатель водопоглощения образцов бетона по сравнению с образцом с добавкой по прототипу уменьшается в 3 раза, а предел прочности при сжатии увеличивается на 20%. Отклонение от оптимального количественного содержания ингредиентов в композиции и параметров процесса приготовления добавки (примеры 4 и 5) не приводит к улучшению физико-механических свойств бетона по сравнению с образцом бетона с добавкой по прототипу.

Предлагаемая добавка для бетонов может использоваться в производстве густоармированных железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства, а также гидротехнических сооружений, мостов и автомобильных дорог. Кроме того, олигомеры ε-капролактама и продукты взаимодействия фосфсолипидов или триглицеридов растительных масел с веществами спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама являются эффективными ингибиторами коррозии арматуры бетона, что важно при эксплуатации железобетонных изделий и сооружений в агрессивных средах кислот, щелочей и технологических газов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу и способу приготовления комплексной добавки для бетонов. Технический результат - уменьшение водопоглощения и повышение прочности бетона, включающего комплексную добавку по изобретению. Композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, масс. %: лигносульфонаты технические 30-60, глина, содержащая монтмориллонит, 14-26, хлористый кальций 1-5, щелочной сток производства ε-капролактама 2-4, олигомеры ε-капролактама 2-4, спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама 10-20, фосфолипиды растительных масел 4-7, нерафинированное рапсовое масло 3-8. Способ производства комплексной добавки для бетонов - введение в смеситель роторно-пульсационного типа и совместное диспергирование щелочного стока производства ε-капролактама, олигомеров ε-капролактама, спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама, фосфолипидов растительных масел и нерафинированного рапсового масло, затем в смеситель вводят измельченную глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс до её измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10^-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций. 2 н.п. ф-лы. 5 пр., 2 табл.

Композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, отличающаяся тем, что дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, % масс.:
Лигносульфонаты технические 30-60

Глина, содержащая монтмориллонит, 14-26
Хлористый кальций 1-5
Щелочной сток производства ε-капролактама 2-4
Олигомеры ε-капролактама 2-4
Спиртовая фракция отхода производства
ε-капролактама 10-20
Фосфолипиды растительных масел 4-7
Нерафинированное рапсовое масло 3-8

2. Способ производства комплексной добавки для бетонов по п.1 путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов композиции, отличающийся тем, что сначала в смеситель роторно-пульсационного типа вводят и совместно диспергируют щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел и нерафинированное рапсовое масло, затем в смеситель вводят глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10^-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций.