Противоусадочный состав для бетонной смеси Российский патент 2022 года по МПК C04B18/14 C04B28/04 C04B28/08 C04B111/34 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к добавкам, влияющим на усадочные характеристики бетонных смесей, и может быть использовано при изготовлении различных марок тяжёлых бетонов, обладающих низкой усадкой во время отверждения, а также при изготовлении бетонных, железобетонных изделий и монолитного бетона с низкими усадочными деформациями.

Усадочные деформации бетона являются довольно распространённым явлением, несмотря на то, что бетон демонстрирует великолепные характеристики стойкости к внешней среде и прочности. Зачастую влияние усадки бетона можно не учитывать в виду незначительности коэффициента усадки, однако если говорить о крупногабаритных изделиях из бетона, то в этом случае усадочные деформации могут сказаться на сроке службы таких изделий и особенностях их эксплуатации. Для решения проблемы возникновения усадки при отверждении бетона чаще всего применяются противоусадочные расширяющиеся составы.

Известен расширяющий состав для цемента опубликованный в патенте RU 2362747 С1 (11.02.2008, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ"), состоящий из шлака переработки вторичного алюминия состава: A1₂O₃ 65-70 мас.%; AlN₃ 10-15 мас.%; Аl 1-5 мас.%; NaCl-KCl 10-23 мас.% и органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50 °С. При затворении водой в цементе, содержащем обозначенную добавку, происходит выделение газов, которые расширяясь компенсируют возможную усадку бетона вплоть до изменения линейных размеров бетонного изделия на 40%.

Недостатком известного технического решения является образование пор (в том числе и сквозных) в объёме бетонного изделия, что ухудшает водонепроницаемость и прочностные показатели такого бетона.

Известен комплексный расширяющий состав для самоуплотняющейся бетонной смеси опубликованный в патенте RU 2724083 С1 (04.04.2019, Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство"), включающий доменный гранулированный и высокоглиноземистый шлаки, отход мокрого обогащения железной руды и камень гипсовый и дополнительно содержит тонкомолотый минеральный компонент с удельной поверхностью не менее 6000 см²/г, микрокремнезем, порошковый суперпластификатор Melflux 5581F на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- доменный гранулированный шлак - 17-30;

- высокоглиноземистый шлак - 2-8;

- камень гипсовый - 4-10;

- микрокремнезем - 0-1,7;

- отход мокрого обогащения железной руды - песок - 0,5-1,6;

- тонкомолотый минеральный компонент - 55-67;

- суперпластификатор Melflux 5581F - 1-4.

К недостаткам данного технического решения можно отнести то, что состав содержит более четырёх компонентов и присутствует необходимость многократного взвешивания и перемешивания при изготовлении состава, к тому же состав влияет на комплекс свойств бетонной смеси даже в тех случаях, где это не требуется.

Известен расширяющий состав для цемента опубликованный в патенте RU 2049081 С1 (18.03.1993, Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона), включающий глиноземистый шлак и двуводный гипс, доменный гранулированный шлак и отход производства мокрого обогащения железной руды на основе SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- глиноземистый шлак 4-6;

- двуводный гипс 22-24;

- доменный гранулированный шлак 60-69;

- отход производства мокрого обогащения железной руды на основе SiO₂ 5-10.

К недостаткам технического решения можно отнести высокое содержание гипса, которое приводит к снижению водостойкости и прочности, а также увеличению ползучести бетонной смеси под нагрузкой.

Задачей, на осуществление которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка противоусадочного состава для бетона, который включает в себя не более двух компонентов, снижает усадку бетона в 2-3 раза при отверждении, может замещать 10-20% цемента в составе бетонной смеси и практически не влияет на физико-механические показатели затвердевшего бетона. Такой технический эффект достижим за счёт использования противоусадочного состава, состоящего из двух компонентов, один из которых при взаимодействии с водой проявляет вяжущие свойства, а другой при взаимодействии с водой увеличивает свой объем. Для решения технической задачи был использован противоусадочный состав, состоящий из следующих компонентов:

- в качестве компонента, проявляющего вяжущие свойства при взаимодействии с водой, был использован доменный гранулированный шлак, размолотый до размеров не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 0,9-1,1. Компонент добавляли в противоусадочный состав в количестве 60-70 мас.%;

- в качестве расширяющего компонента был использован сталеплавильный шлак, размолотый до размеров не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 2,5-6 (высокая доля оксида кальция обеспечивает расширение сталеплавильного шлака при взаимодействии с водой за счёт образования гидроксидов). Компонент добавляли в противоусадочный состав в количестве 30-40 мас.%.

Заявленное техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными:

- противоусадочный состав состоит из двух компонентов;

- компоненты противоусадочного состава являются попутным продуктом металлургических производств и имеют низкую стоимость;

- состав позволяет замещать 10-20 мас.% цемента в бетонной смеси без ухудшения свойств затвердевшего бетона;

- состав обладает высоким расширяющим эффектом;

- состав не образует пор в бетоне при отверждении.

Сравнительный анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого противоусадочного состава с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Изобретение иллюстрируется следующим примером:

Пример.

Эффективность использования противоусадочного состава оценивали на бетонных смесях класса В20 (ГОСТ 26633-2015), характеристики которых приведены в табл. 1

Как видно из данных, представленных в таблице, противоусадочный состав может более чем в 3 раза уменьшить усадку бетона во время отверждения при сохранении прочностных показателей, соответствующих классу бетона.

Так как проведенные испытания предлагаемого решения продемонстрировали высокие показатели, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию изобретения «Промышленная применимость».

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, выполняется, при этом достигается получение вышеупомянутого технического результата.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении различных марок тяжелых бетонов, а также при изготовлении бетонных, железобетонных изделий и монолитного бетона. Противоусадочный состав для бетонной смеси содержит, мас.%: доменный гранулированный шлак с размером частиц не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в доменном гранулированном шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 0,9-1,1, 60-70, сталеплавильный шлак с размером частиц не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в сталеплавильном шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 2,5-6, 30-40. Технический результат – разработка противоусадочного состава, позволяющего замещать 10-20 мас.% цемента в бетонной смеси, а также обеспечивающего снижение усадки бетона при сохранении его прочностных показателей. 1 табл., 1 пр.

Противоусадочный состав для бетонной смеси, состоящий из доменного гранулированного шлака и сталеплавильного шлака, отличающийся тем, что доменный гранулированный шлак используют с размером частиц не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в доменном гранулированном шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 0,9-1,1, а сталеплавильный шлак используют с размером частиц не более 0,08 мм, где отношение массы содержащегося в сталеплавильном шлаке СаО к массе SiO₂ находится в пределах 2,5-6, при следующем содержании компонентов, мас.%:

указанный доменный гранулированный шлак 60-70 указанный сталеплавильный шлак 30-40