Полифункциональная органоминеральная добавка Российский патент 2023 года по МПК C04B14/28 C04B18/04 C04B24/24 C04B103/60 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составу добавки для цементных материалов, и может быть использовано при производстве монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а так же для растворов.

Известен комплексный модификатор к цементному бетону (Патент РФ №2360877, С04В 18/04, 2007 г.), включающий минеральный носитель - карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество ПАВ редуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный карбонатный шлам - 99,5, поликарбоксилатный эфир - 0,5, в данном модификаторе также содержится минеральный и органические компоненты, направленные на увеличение прочности и морозостойкости бетона.

Однако недостатком бетона с данным комплексным модификатором является низкая морозостойкость и большее количество цемента в сравнении с заявляемой добавкой.

Известен портландцемент (Патент РФ №2122530, С04В 7/13, 1998 г.), включающий в себя портландцементный клинкер, термообработанную активную минеральную добавку и гипс, в качестве активной минеральной добавки содержится трепел. Данная добавка направлена на повышение прочности и морозостойкости цемента, следовательно, и цементных материалов на его основе.

Однако недостатком является невысокая прочность и низкая морозостойкость материалов на основе данного портландцемента. Кроме того, способ его получения усложняется обязательной высокотемпературной обработкой минеральной добавки при температуре 1100 - 1300°С, что приводит к дополнительным затратам и удорожанию вяжущего.

Известна минеральная добавка в виде микродисперсного диопсида в количестве 9% от массы цемента. В результате введения данной минеральной добавки возрастает прочность бетона на 47% в сравнении с бездобавочным составом и увеличивается морозостойкость бетона до F300 (Ильина Л.В. Повышение морозостойкости бетона введением дисперсных минеральных добавок / Г.И. Бердов, М.А. Раков, Н.О. Гичко. - Известия ВУЗов. Строительство. - 2016. - №6. - С. 32-38).

Однако недостатком данной минеральной добавки является более низкие показатели морозостойкости и прочности бетона по сравнению с заявляемой добавкой.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является тяжелый бетон с использованием доломитовых отходов (Патент РФ №2603316, С04В 18/04, 2015 г.) прототип, включающий в себя использование термообработанных при температуре 900°С отходов доломитового производства и пластификатор, направленные на увеличение прочности и морозостойкости бетона.

Однако недостатком этого состава является использование большого количества портландцемента 33-37% от массы бетонной смеси, энергоемкий процесс обжига при температуре 900°С добавки из доломитовых отходов, а также невысокая морозостойкость бетона F100-F300. Увеличение прочности бетона с известной минеральной добавкой, представляющей собой обожженные отходы доломита, и пластификатором не превышает 20% по сравнению с эталоном (Механизм упрочнения бетона минеральной добавкой из отходов доломита Ким Б.Г., Закревская Л.В., Журавлев А.В., Дворников P.M. Технологии бетонов. - 2018. №7-8 (144-145). - С. 44-45).

Задачей заявляемого изобретения является увеличение прочности и морозостойкости цементных композитов (бетона, раствора) при базовом расходе портландцемента (до 12% от массы бетонной смеси).

Поставленная задача решается следующим образом, полифункциональная органоминеральная добавка, включающая в себя отходы горнодобывающего производства и пластификатор, согласно изобретению, в качестве минеральных компонентов используются мелкодисперсные отходы производства в количестве 87,5% мас, включающие в себя известняк - 29,0%, диопсид - 58,5%, а в качестве органического компонента поликарбоксилатный пластификатор MasterGlenium АСЕ 430 в количестве 12,5% мас.

Подбор рецептуры бетонных смесей с заявленной добавкой проводился по ГОСТ 27006-2019 и рекомендациям к нему. В основе подбора состава бетона применялся метод абсолютных объемов, при котором расход материалов на 1 м³ бетонной смеси учитывался в абсолютно плотном состоянии.

Испытание образцов бетона на прочность проводилось по ГОСТ 10180-2012 «Методы определения прочности по контрольным образцам», испытание бетона на морозостойкость по ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости». В таблице 1 приведены результаты испытаний в сравнении с прототипом.

Механизм действия полифункциональной органоминеральной добавки заключается в следующем. Диопсид в составе минерального компонента добавки обеспечивает перераспределение напряжений в цементном камне, препятствует распространению в нем трещин. Действие известняка в составе добавки оказывает влияние на процесс гидратации цемента. Тем самым мелкодисперсные минеральные компоненты способствуют формированию более плотной и прочной структуры твердеющей системы. При этом введение поликарбоксилатного пластификатора снижает расход воды в смеси, что также приводит к изменению поровой структуры камня, влияющей на морозостойкость бетона. Заявляемая полифункциональная органоминеральная добавка отличается от прототипа отсутствием высокотемпературного обжига (t=900°C) минерального компонента добавки.

Использование заявляемой добавки увеличивает морозостойкость бетона (от марки F₂150 до F₂400) и прочность по сравнению с бездобавочным составом предлагаемого изобретения на 76% (с 20,3 МПа у бетона без добавок до 35,7 МПа у бетона с заявляемой добавкой) при базовом расходе цемента для класса В15 больше в сравнении с увеличением данных показателей у прототипа на 20%; сокращает энергозатраты за счет отсутствия термической обработки минерального компонента добавки (в предполагаемом варианте обжиг отсутствует). Таким образом, заявляемая полифункциональная органоминеральная добавка по сравнению с прототипом является наиболее эффективной.

Заявляемая добавка позволяет получить бетон целевого назначения с высокой прочностью (В27,5) и морозостойкостью (F₂400), сократить расход цемента до 45% по сравнению с производством аналогичного класса тяжелого бетона с базовым расходом цемента по п. 5.4 СНиП 82-02-95. Техническим результатом является повышение прочности и морозостойкости всех видов бетонов и растворов, при малом количестве используемого для их производства портландцемента, а также использование в качестве минеральных компонентов добавки отходов горнодобывающего производства позволит улучшить экологическую обстановку, а снижение количества используемого портландцемента до 12% от массы бетонной смеси позволяет сократить выбросы выделяющегося при производстве данного вяжущего углекислого газа в атмосферу.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составу добавки для цементных материалов, и может быть использовано при производстве монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Полифункциональная органоминеральная добавка включает, мас.%: мелкодисперсные отходы горнодобывающего производства 87,5, состоящие из известняка - 29,0 и диопсида - 58,5, поликарбоксилатный пластификатор MasterGlenium АСЕ 430 12,5. Технический результат – повышение прочности и морозостойкости бетона. 1 табл.

Полифункциональная органоминеральная добавка, включающая в себя отходы горнодобывающего производства и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве минеральных компонентов используются мелкодисперсные отходы производства в количестве 87,5 мас.%, включающие в себя известняк - 29,0%; диопсид - 58,5%, а в качестве органического компонента - поликарбоксилатный пластификатор MasterGlenium АСЕ 430 в количестве 12,5 мас.%.