КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C04B24/02 C04B103/14 C04B103/60 C04B103/65 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам и способам получения комплексных добавок, используемых в производстве бетонных смесей, бетонов и строительных растворов.

Известен способ приготовления наномодифицированной добавки для цементного камня (RU 2012110543 A, опубл. 10.12.2013), включающей суперпластификатор и УНТ, заключающийся в диспергации компонентов добавки, отличающийся тем, что добавку готовят в четыре этапа:

1. УНТ очищают от примесей путем 5-15-минутной диспергации в 60-70% растворе азотной кислоты с последующим нагреванием раствора до 83-87°C, выдержкой при этой температуре в течение 30-60 минут до окончательного выпаривания раствора, сухой остаток промывают бидистиллированной водой и сушат путем нагрева остатка.

2. Осуществляют диспергирование УНТ в среде изопропилового спирта в ультразвуковом диспергаторе в течение 5-15 минут при соотношении 1 г углеродных нанотрубок на 1 л спирта.

3. Готовят наномодифицированную добавку путем ультразвукового диспергирования и смешивания предварительно измельченного в шаровой мельнице до полного прохода через сито 0,16 мм сухого суперпластификатора СП и раствора углеродных нанотрубок в среде изопропилового спирта в течение 10-15 минут при помощи ультразвукового диспергатора.

4. Под действием температуры производят выпаривание изопропилового спирта до получения сухого остатка.

Недостатком данного изобретения является длительность и высокая трудоемкость изготовления добавки.

Известна бетонная смесь (RU 2355656 C2, опубл. 20.11.2008), включающая цемент М500, наполнитель, воду и базальтовое волокно, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001-0,005 мас.ч. на одну мас.ч. базальтового волокна, причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно бетонная смесь содержит пластификатор - полинафталинметиленсульфонат натрия при следующем соотношении компонентов (мас.%): цемент 24-48, наполнитель 30-60, модифицированное базальтовое волокно 2-6, пластификатор 0,9-1,1, вода - остальное.

Однако использование в данном изобретении пластификатора на основе полинафталинметиленсульфоната натрия не позволяет получить бетон с высокой марочной прочностью и долговечностью.

Прототипом является наномодификатор строительных материалов (RU 2482082 C2, опубл. 20.02.2013), содержащий углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и дополнительно содержит гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: УНМ «Таунит» 0,1-8, поливинилпирролидон 0,1-8, гидрокарбонат натрия 5,5-11,5, лимонная кислота 5,5-11,5, полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 - остальное.

Использование данной комплексной добавки позволяет повысить прочность строительных материалов. Недостатком данного изобретения является невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения, а также невысокая долговечность получаемого бетона.

Задача настоящего изобретения - резкое повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения, обеспечение высокой марочной прочности, повышение морозостойкости и водонепроницаемости за счет однородного распределения УНТ в составе комплексной добавки.

Результат достигается тем, что комплексная добавка для бетонной смеси, содержащая пластификатор и углеродные нанотрубки, согласно изобретению содержит в качестве пластификатора гиперпластификатор «Remicrete SP-60», в качестве углеродных нанотрубок - углеродные нанотрубки «Таунит» и дополнительно - гидрофобизатор «Типром-С» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гиперпластификатор «Remicrete SP-60» - 93,0-96,0

Углеродные нанотрубки «Таунит» - 0,4-0,5

Гидрофобизатор «Типром-С» - 3,5-6,6

Результат достигается тем, что в способе приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающемся в предварительной ультразвуковой диспергации пластификатора и углеродных нанотрубок, согласно изобретения углеродные нанотрубки «Таунит» диспергируют в гиперпластификаторе «Remicrete SP-60» плотностью 1,09 г/см³ в течение 4-6 минут при мощности ультразвукового воздействия 92 Вт с дальнейшим выдерживанием полученной смеси в течение 5-10 минут, добавляют гидрофобизатор «Типром-С» и подвергают повторному ультразвуковому воздействию мощностью 92 Вт в течение 1,5-2 мин.

В качестве гиперпластификатора используют гиперпластификатор «Remicrete SP-60» -сополимер на основе полиэфиркарбоксилатов, плотность 1,09 г/см³, жидкость светло-коричневого цвета, имеет сертификационный номер 0764-CPD-0012 (согласно EN 934-2:2001).

В качестве углеродных нанотрубок (УНТ) использовались углеродные нанотрубки «Таунит» - коаксиальные многослойные углеродные нанотрубки с наружным диаметром 8-15 нм и длиной более 2 мкм. Число слоев одной трубки 6-10.

В качестве гидрофобизатора используют гидрофобизатор «Типром-С» - кремнийорганическая воздухововлекающая добавка на основе 55% концентрата алкилсиликоната калия, плотность 1,3 г/см³, Массовая доля кремния 8,0-14,0%. Соответствует требованиям ТУ 2229-069-32478306-2003.

Пример иллюстрируется следующим образом.

В гиперпластификатор «Remicrete SP-60» добавляли УНТ «Таунит» и подвергали ультразвуковой диспергации мощностью 92 Вт в течение 4-6 мин, после выдерживания полученной смеси в течение 5-10 мин в нее добавляют гидрофобизатор «Типром-С» и снова подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 92 Вт в течение 1,5-2 мин.

Для приготовления бетонной смеси производственного состава использовали цемент М400 ПЦ Д20 Вольского завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85, песок Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 8735-88 и щебень Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТов для бетонов, при следущем соотношении (мас.ч.):

Цемент: щебень: песок = 1:1,31:2,53.

Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности (класса П2) по ГОСТ 7473-94. Водоцементное отношение состава без добавки составило 0.43, с комплексной добавкой 0.3, с добавкой по прототипу - 0,36.

Добавка вводилась в бетонную смесь в виде водного раствора рабочей концентрации с водой затворения в количестве 1-1,5% от массы цемента в пересчете на сухое вещество.

Из бетонных смесей изготавливали образцы - кубы с размерами 10×10×10. Через 1, 3, 7, 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 18105-86, морозостойкость - по ГОСТ 10060.0-95, а водонепроницаемость - по ГОСТ 12730.5-84.

Составы комплексной добавки и результаты механических испытаний бетона приведены в таблице.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что бетон с использованием комплексной добавки в первые сутки имеет прочность на сжатие выше на 42-51%, на 3-и сутки - 56-70%, на 7-е сутки - 55-62% и на 28-е сутки - 44-48% по сравнению с прототипом. В возрасте 28 суток морозостойкость увеличивается на 200 циклов, а водонепроницаемость - на 3 ступени.

Полученные результаты позволяют утверждать, что комплексная добавка повышает темп набора прочности бетонов в ранние сроки твердения и позволяет достигнуть высокой конечной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Комплексная добавка для бетонной смеси, содержащая пластификатор и углеродные нанотрубки, отличающающаяся тем, что содержит в качестве пластификатора гиперпластификатор «Remicrete SP-60» плотностью 1,09 г/см³, в качестве углеродных нанотрубок - углеродные нанотрубки «Таунит», и дополнительно - гидрофобизатор «Типром-С» при следующем соотношении компонентов, мас. %: гиперпластификатор «Remicrete SP-60» - 93,0-96,0, углеродные нанотрубки «Таунит» - 0,4-0,5, гидрофобизатор «Типром-С» - 3,5-6,6. В способе приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающемся в ультразвуковой диспергации пластификатора и углеродных нанотрубок, углеродные нанотрубки «Таунит» диспергируют в гиперпластификаторе «Remicrete SP-60» плотностью 1,09 г/см³ в течение 4-6 минут при мощности ультразвукового воздействия 92 Вт с дальнейшим выдерживанием полученной смеси в течение 5-10 минут, после чего в полученную дисперсию добавляют гидрофобизатор «Типром-С» и подвергают повторному ультразвуковому воздействию мощностью 92 Вт в течение 1,5-2 мин. Технический результат - повышение прочности бетона в первые сутки твердения, повышение марочной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Комплексная добавка для бетонной смеси, содержащая пластификатор и углеродные нанотрубки, отличающаяся тем, что содержит в качестве пластификатора гиперпластификатор «Remicrete SP-60» плотностью 1,09 г/см³, в качестве углеродных нанотрубок - углеродные нанотрубки «Таунит» и дополнительно - гидрофобизатор «Типром-С» при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Гиперпластификатор «Remicrete SP-60» 93,0-96,0 Углеродные нанотрубки «Таунит» 0,4-0,5 Гидрофобизатор «Типром-С» 3,5-6,6

2. Способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси по п.1, заключающийся в ультразвуковой диспергации пластификатора и углеродных нанотрубок, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки «Таунит» диспергируют в гиперпластификаторе «Remicrete SP-60» плотностью 1,09 г/см³ в течение 4-6 мин при мощности ультразвукового воздействия 92 Вт с дальнейшим выдерживанием полученной смеси в течение 5-10 мин, после чего в полученную дисперсию добавляют гидрофобизатор «Типром-С» и подвергают повторному ультразвуковому воздействию мощностью 92 Вт в течение 1,5-2 мин.