КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОНОВ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК C04B24/02 C04B24/14 C04B24/18 C04B22/08 C04B103/14 

`Группа изобретений относится к составу добавки для бетонов и строительных растворов и может найти применение в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций при бетонировании в широком диапазоне температур окружающей среды.

В различных технологиях бетона широко распространена практика использования добавок, ускоряющих набор ранней прочности бетона и снижающих период времени до набора бетоном критической прочности. В идеале такие добавки должны быть совместимыми с пластифицирующими добавками любого типа (нафталинсульфонатами, лигносульфонатами, поликарбоксилатами).

Наиболее близкими аналогами к заявляемой группе изобретений по технической сущности, цели и достигаемому результату являются следующие комплексные добавки.

Комплексная добавка, являющаяся наиболее близким аналогом варианта 1 предлагаемого изобретения, содержит соли серной кислоты, полиэтиленгликоли, нитрит натрия, и/или хлорид натрия, и/или сульфат натрия [Патент РФ N 2123483]. Данная добавка хорошо совместима со всеми пластифицирующими добавками, однако она характеризуется относительно высокой температурой кристаллизации и не обеспечивает достаточную интенсивность твердения бетона при ее применении при низких температурах, а также может вызывать спад прочности бетона.

Комплексная добавка [Патент РФ 2168478 «Комплексная добавка для бетонов и растворов», опубл. 10.06.2001 г.], являющаяся наиболее близким аналогом варианта 2 предлагаемого изобретения, включает соли соляной кислоты и полиспирты, при этом в качестве ускорителя твердения она дополнительно содержит соли муравьиной кислоты. В качестве солей соляной кислоты используются хлориды кальция, натрия и калия. В качестве солей муравьиной кислоты используются формиат натрия и кальция. В качестве полиспиртов используются пентаэритрит и глицерин.

Указанная добавка обладает достаточно низкими температурами кристаллизации (замерзания), однако ускоряет схватывание бетонной смеси и при наличии кальциевых солей не совместима с сульфатсодержащими суперпластификаторами (нафталинсульфонатами, лигносульфонатами).

Технической задачей предлагаемой группы изобретений является создание комплексной добавки для бетонов и строительных растворов с низкой температурой кристаллизации, совместимой со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшающей показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивающей устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Для решения поставленной задачи по первому варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и сульфат натрия, при этом в нее дополнительно введена смесь роданида и тиосульфата натрия.

Предлагаемая комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%):

полиспирты - 30-80;

сульфат натрия - 10-20;

смесь роданида и тиосульфата натрия - 10-50.

При этом в комплексную добавку может быть дополнительно введен нитрит натрия.

Для решения поставленной задачи по второму варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и формиат натрия. При этом она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С1-С3.

Комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%):

полиспирты - 30-70;

формиат натрия - 15-25;

ациклические, моно- или полициклические амины - 15-45.

При этом в состав комплексной добавки может быть дополнительно введен нитрит натрия.

Сочетание сульфата натрия со смесью роданида и тиосульфата натрия приводит к синергетическому эффекту, обеспечивающему устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные. К аналогичному эффекту приводит совместное применение в составе комплексной добавки формиата натрия и ациклических, моно- или полициклических аминов с длиной углеводородного радикала С₁-С₃.

При этом полиспирты обеспечивают эффект сопластификации, повышения сохраняемости подвижности и понижения температуры кристаллизации раствора комплексной добавки.

Третий компонент добавки - нитрит натрия в сочетании с солями серной кислоты и с формиатом натрия - выполняет функцию ускорителя твердения и противоморозной добавки, причем взаимное сочетание солей друг с другом значительно усиливает эффект действия индивидуальных компонентов.

Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексных добавок по вариантам 1 и 2 установлен экспериментально и является оптимальным.

В составе комплексной добавки по варианту 1 при содержании сульфата натрия более 20% уменьшается период сохранения подвижности бетонной смеси, а при содержании менее 10% ухудшается набор прочности бетоном при отрицательных температурах. При содержании полиспиртов менее 30% не удается обеспечить стабильный противоморозный эффект, а при введении более 80% ухудшаются прочностные характеристики бетона при твердении в нормальных условиях.

Введение менее 10% смеси роданида и тиосульфата натрия технологически не приводит к существенному улучшению обеспечения устойчивого набора прочности бетона во всем диапазоне температур, включая отрицательные. При повышении содержания смеси роданида и тиосульфата натрия выше 50% существенно сокращается период сохранения подвижности бетонной смеси.

Содержание нитрита натрия может составлять до 100% (сверх 100%).

В составе комплексной добавки по варианту 2 при содержании формиата натрия более 25% повышается температура замерзания раствора комплексной добавки, а при содержании менее 15% ухудшается набор прочности при отрицательных температурах.

При содержании полиспиртов менее 30% не удается обеспечить стабильный противоморозный эффект, а при введении более 70% ухудшаются прочностные характеристики бетона при твердении в нормальных условиях.

Введение ациклических, моно- или полициклических аминов менее 15% не приводит к синергетическому эффекту от их совместного применения с формиатом натрия в составе комплексной добавки.

Содержание нитрита натрия может составлять до 100% (сверх 100%).

Техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Для приготовления комплексной добавки прототипа по варианту 1 используют масс. %: сульфат натрия - 80; полиэтиленгликоль - 10, нитрит натрия - 2, хлорид натрия - 8.

Для приготовления комплексной добавки прототипа по варианту 2 используют хлорид калия - 70, глицерин - 20, формиат кальция - 10.

Для приготовления комплексной добавки по изобретению (вариант 1) используют сульфат натрия, при этом в нее дополнительно вводят смесь роданида и тиосульфата натрия и полиспирты.

Пример 1.1: полиэтиленгликоль - 30, сульфат натрия - 20, смесь роданида и тиосульфата натрия - 50.

Пример 1.2: пропиленгликоль - 80, сульфат натрия - 10, смесь роданида и тиосульфата натрия - 10.

Пример 1.3: бутандиол - 60, сульфат натрия - 20, смесь роданида и тиосульфата натрия - 20.

Пример 1.4: сорбит - 40, сульфат натрия - 15, смесь роданида и тиосульфата натрия - 45.

Пример 1.5: глицерин - 70, сульфат натрия - 10, смесь роданида и тиосульфата натрия - 20, нитрит натрия - 10 (сверх 100%).

Пример 1.6: этиленгликоль - 35, сульфат натрия - 15, смесь роданида и тиосульфата натрия - 50, нитрит натрия - 90 (сверх 100%).

Для приготовления комплексной добавки по изобретению (вариант 2) используют полиспирты, формиат натрия, при этом она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С₁-С₃.

Пример 2.1: этиленгликоль - 30, формиат натрия - 25; триэтиламин - 45.

Пример 2.2: пропиленгликоль - 70, формиат натрия - 15; морфолин - 15.

Пример 2.3: глицерин - 60, формиат натрия - 20; тетразаадамантан - 20, нитрит натрия - 10 (сверх 100%).

Пример 2.4: этиленгликоль - 50, формиат натрия - 25; диэтаноламин - 25, нитрит натрия - 40 (сверх 100%).

Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты комплексной добавки, но помогают нагляднее продемонстрировать ее свойства.

Исследование замерзания комплексных добавок-прототипов по вариантам 1 и 2 и комплексных добавок по изобретению вар.1 и 2 представлены в табл.1.

Таблица 1 №№ Состав комплексной добавки Температура замерзания °С 1 Прототип вариант 1 -5 2 Прототип вариант 2 -20 3 По изобретению вариант 1 (пример 1.1) -13 4 По изобретению вариант 1 (пример 1.2) -15 5 По изобретению вариант 1 (пример 1.3) -13 6 По изобретению вариант 1 (пример 1.4) -13 7 По изобретению вариант 1 (пример 1.5) -16 8 По изобретению вариант 1 (пример 1.6) -18 9 По изобретению вариант 2 (пример 2.1) -23 10 По изобретению вариант 2 (пример 2.2) -25 11 По изобретению вариант 2 (пример 2.3) -26 12 По изобретению вариант 2 (пример 2.4) -27

Для оценки влияния применения вариантов комплексных добавок для бетонов и строительных растворов на свойства бетонной смеси и бетона по сравнению с прототипами проводились испытания в соответствии с ГОСТ 30459-2008 на бетонной смеси состава (кг/м³): цемент - 380, песок - 850, щебень - 990. Добавка дозировалась по сухому веществу в процентах от массы цемента. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180.

Результаты испытаний приведены в табл.2, 3.

Анализ результатов проведенных испытаний показал следующее.

При сопоставлении прочностных характеристик бетонов с добавками-прототипами и добавками по изобретению (табл.2) видно, что применение добавки по изобретению позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики бетонов, твердевших при отрицательных температурах. Так, для варианта применения добавки по изобретению (вариант.1) при -15°С прочность на сжатие бетонов в возрасте 28 сут составляет до 11,9 МПа, что составляет до 35% от контрольного образца и выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа до 15%. Кроме того, комплексная добавка по изобретению (вар.1) в отличие от прототипа может храниться в зимних условиях в необогреваемых помещениях. Для варианта 2 комплексной добавки по изобретению при -25°С прочность на сжатие бетонов в возрасте 28 сут составляет до 12,5 МПа, что составляет до 36,8% от контрольного образца и выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа на 15%. Важно при этом отметить, что такое увеличение достигается именно за счет эффекта добавки, а не за счет В/Ц-отношения. Применение комплексных добавок по изобретению (вар.1 и 2) по сравнению с добавками-прототипами при введении их в одинаковой дозировке, составляющей 1%, позволяет существенно увеличить период сохранения подвижности бетонной смеси.

Для варианта 1 через тридцать минут осадка конуса бетонной смеси с комплексной добавкой по изобретению составляет 16-19 см, а с соответствующей добавкой-прототипом - 15 см. При этом применение добавки по изобретению позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики товарного бетона как на ранних стадиях, так и в зрелом возрасте. Так для варианта применения добавки по изобретению (вариант 1) прочность на сжатие бетона в возрасте 1 сут составляет до 13,9 МПа, что на 18% выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа. В дальнейшем различие в прочностных характеристиках уменьшается, но даже в возрасте 28 суток оно составляет до 11%.

Для варианта 2 через тридцать минут осадка конуса бетонной смеси с комплексной добавкой по изобретению составляет 18-19 см, а с соответствующей добавкой-прототипом - 13 см, через 1 час - 14-16 см и 6 см соответственно. Поскольку добавка-прототип по варианту 2 содержит хлорид кальция, увеличение прочности бетона с добавкой по изобретению не столь выражено. Однако применение добавки по изобретению возможно в любых изделиях, в том числе армированных, тогда как прототип, содержащий коррозионно-опасные компоненты, может использоваться только в неармированных изделиях.

Таким образом, предлагаемая комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по изобретению (вариант 1) имеет низкую температуру кристаллизации, совместима со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшает показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивает устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по изобретению (вариант 2) имеет низкую температуру кристаллизации, совместима со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшает показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивает устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Таблица 2 Сопоставление эффективности комплексных добавок-прототипов и по изобретению № Состав добавки, масс.% Дозировка, % (по товарному) В/Ц ОК, см Условия твердения Прочность на сжатие, МПа % от контрольного 7 сут 28 сут 1 контрольный состав без добавок - 0,55 13 н.у. 28,2 34,0   2 прототип вариант 1 9,1 0,48 13 н.у. 37,6 39,8   -15°С - 10,3 30,3 3 по изобретению пример 1.1 3,2 0,45 14 н.у. 38,1 40,3   -15°С - 11,9 35,0 4 по изобретению пример 1.2 3,2 0,45   н.у. 37,9 40,1   -15°С - 11,5 33,8 5 по изобретению пример 1.3 3,2 0,45   н.у. 38,0 40,2   -15°С - 11,0 32,4 6 по изобретению пример 1.4 3,2 0,46   н.у. 38,2 40,5   -15°С - 10,7 31,5 7 по изобретению пример 1.5 3,5 0,45   н.у. 37,9 40,1   -15°С - 11,7 34,4 8 по изобретению пример 1.6 4,0 0,44   н.у. 38,3 40,5   -15°С - 12,2 35,9 9 прототип вариант 2 5,6 0,42 15 н.у. 37,0 41,2   -25°С - 10,6 31,2 10 по изобретению пример 2.1 2,0 0,43 13 н.у. 39,6 44,5   -25°С - 12,0 35,3 11 по изобретению пример 2.2 2,0 0,43 13 н.у. 39,1 44,2   -25°С - 12,2 35,6 12 по изобретению пример 2.3 2,2 0,43 13 н.у. 39,3 44,0   -25°С - 12,5 36,8 13 по изобретению пример 2.4 3,0 0,42 15 н.у. 39,4 44,8   -25°С - 12,5 36,8

Настоящее изобретение относится к составу добавки для бетонов и строительных растворов и может найти применение в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций при бетонировании в широком диапазоне температур окружающей среды. По первому варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и сульфат натрия, при этом в нее дополнительно введена смесь роданида и тиосульфата натрия. Предлагаемая комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%): полиспирты - 30-80; сульфат натрия - 10-20; смесь роданида и тиосульфата натрия - 10-50. При этом в комплексную добавку может быть дополнительно введен нитрит натрия. По второму варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и формиат натрия. При этом она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала C₁-C₃. Комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%): полиспирты - 30-70; формиат натрия - 15-25; ациклические, моно- или полициклические амины - 15-45. При этом в состав комплексной добавки может быть дополнительно введен нитрит натрия. Технический результат - получение комплексной добавки для бетонов и строительных растворов с низкой температурой кристаллизации, не ухудшающей показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивающей устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, содержащая полиспирты и сульфат натрия, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена смесь роданида и тиосульфата натрия при следующем содержании указанных компонентов (мас.%):
полиспирты - 30-80;
сульфат натрия - 10-20;
смесь роданида и тиосульфата натрия - 10-50.

2. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен нитрит натрия.

3. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, содержащая полиспирты и формиат натрия, отличающаяся тем, она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С1-С3 при следующем соотношении, (мас.%):
полиспирты - 30-70;
формиат натрия - 15-25;
ациклические, моно- или полициклические амины - 15-45.

4. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по п.3, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен нитрит натрия.