КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА В БЕТОННЫЕ СМЕСИ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETE MIXTURE AND MORTAR

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам комплексных добавок, которые используются в производстве бетонных смесей и строительных растворов.
Для обеспечения возможности выполнения строительных работ в зимнее время в состав бетонных и растворных смесей вводят комплексные добавки, которые способствуют твердению цемента при отрицательных температурах.
6
3
6
Известна комплексная добавка в бетонные смеси (патент России №1733422, МПК С04В 18/02, приоритет. 23.04.1990), содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и органический компонент. Известная добавка содержит дополнительно, как органический компонент, дикарбоновую кислоту из группы: щавелевая, плав дикарбоновых кислот фракции С-С, пимелиновая при соотношении компонентов, мас.%: смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия - основа, технический лигносульфонат - 9-13, указанная дикарбоновая кислота - 3-5.
Недостатком известной комплексной добавки является наличие в ее составе 12-18% органического компонента - недостаточно сильного пластификатора, который замедляет процессы структурообразования в бетоне и снижает противоморозное влияние добавки, при этом не позволяет значительно повысить пластические характеристики бетонной смеси при необходимом уменьшении количества воды затворения. Кроме того, состав ускорителя твердения недостаточно эффективен для снижения температуры замерзания жидком фазы в строительных растворах до -14…-16°С.
Известна также добавка, которая входит в состав вяжущего для бетона из портландцементного клинкера и гипса в количестве 1,0-3,0 мас.% по патенту Украины №17779 С2, МПК С04В 7/30, С04В 7/02, С04В 22/08 опубл. 20.05.1997.
Добавка содержит фильтрат технический пентаэритрита на основе формиата натрия и в соответствии с изобретением в качестве добавки - твердый продукт производства синтетических жирных кислот на основе сульфата натрия при таком соотношении компонентов, мас.%: твердый продукт сульфатных вод производства синтетических жирных кислот на основе сульфата натрия - 2,0-4,0; фильтрат технический пентаэритрита на основе формиата натрия - 1,0-3,0. Но температура замерзания жидкой фазы при применении этой добавки составляет лишь -10…-13°С.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы по патенту РФ №2310618, МПК С04В 22/08, С04В 24/24, приор. 10.04.2006, содержащая смесь солей на основе тиосульфата и роданида натрия и органический компонент, соответственно изобретению в качестве органического компонента содержит амкироз и полинафталинсульфонат натрия - суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь солей на основе тиосульфата и роданида натрия 50-98; амкироз - 1-40; суперпластификатор С-3 - остаток.
Добавка обеспечивает увеличение по отношению к прототипу прочности и морозостойкости бетонов, но не позволяет достигать необходимой повышенной морозостойкости и сниженной до -14…-16°С температуры замерзания жидкой фазы в строительных растворах.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования состава добавки, повышения ее антиморозных свойств, прочности и морозостойкости бетона, а также пластичности строительных растворов путем добавления к ускорителю твердения - смеси балластных солей на основе тиосульфата и роданида натрия более эффективных ускорителей твердения, а также использование в качестве пластификаторов - супер- и гиперпластификаторов.
Поставленная задача решается тем, что комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая ускорители твердения в качестве смеси балластных солей на основе тиосульфата и роданида натрия и пластификатор, отличается тем, что содержит в качестве пластификатора акрилат R60, а ускоритель твердения дополнительно содержит соль муравьиной кислоты и при необходимости ацетат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
смесь балластных солей на основе
тиосульфата и роданида натрия
34-99,5
соли муравьиной кислоты
0,5-33,0
ацетат натрия
остальное
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ускоритель твердения
20,0-99,5
пластификатор - акрилат R60
0,5-80
Комплексная добавка также отличается тем, что в качестве соли муравьиной кислоты содержит формиат натрия, или формиат кальция, или формиат калия, или их смесь, а также дополнительно содержит в качестве пластификатора поликарбоксилат, или амкироз, или полинафталинсульфонат, или лигносульфонат технический, или их смесь.
Соли муравьиной кислоты в присутствии смеси солей на основе тиосульфата и роданида натрия активно влияют на процессы гидратации, ускоряют набор прочности как в ранние, так и в поздние сроки твердения.
Ацетаты натрия позволяют дополнительно повысить прочностные характеристики бетона на всех стадиях образования цементного камня. Применение комплекса приведенных выше солей позволяет снизить температуру замерзания жидкой фазы бетонной смеси. Однако указанная смесь ускорителей твердения способствует очень быстрому загустению и твердению бетонной смеси.
Гиперпластификатор поликарбоксилат активно диспергирует частицы цемента в бетонной смеси, значительно снижает количество воды затворения, модифицирует рост искусственных кристаллов цементного камня и в комплексе с предлагаемыми ускорителями твердения позволяет максимально снизить температуру замерзания жидкой фазы строительных растворов, повысить морозостойкость и прочность бетона на всех стадиях образования цементного камня.
Акрилат R60 в отличие от поликарбоксилата способствует меньшему газововлечению при формировании цементного камня в бетонах и, соответственно, большему уплотнению бетона, что позволяет дополнительно повысить прочность на сжатие и водонепроницаемость указанного материала.
Амкироз благодаря присутствию в составе активных карбоксильных и гидроксильных групп действует в том же направлении, что и поликарбоксилат, но как менее сильный пластификатор бетонной смеси и диспергатор цементных частиц в бетонных растворах.
Суперпластификатор полинафталинсульфонат в комплексе с предлагаемыми ускорителями твердения диспергирует цементные частицы и модифицирует кристаллы искусственного камня, повышает реологические характеристики бетонной смеси, прочность и морозостойкость бетона.
Лигносульфонат технический с добавкой предлагаемых ускорителей твердения пластифицирует бетонную смесь, но не позволяет значительно сократить количество воды затворения при сохранении подвижности растворов, способствует значительному замедлению процессов раннего структурообразования. Однако его применение оправдано при температурах выше 10°С в качестве самостоятельного пластификатора и в смеси с ранее указанными пластификаторами.
Наиболее эффективным способом применения пластификаторов является смешение их в разных пропорциях в зависимости от марки и особенностей химического состава цемента, типа наполнителей, особенностей технологических приемов производства и эксплуатации.
Таким образом, добавка пластификаторов, супер- и гиперпластификаторов в количествах предложенных в изобретении позволяет не только пластифицировать бетонную смесь, но значительно уменьшить количество воды затворения при сохранении подвижности смеси, и благодаря присутствию сильных ускорителей твердения не затормозить процесс твердения в ранние сроки даже при отрицательных температурах твердения.
Добавка хорошо работает как в тяжелых, легких, так и в ячеистых бетонных смесях.
Повышение или снижение количества ускорителей твердения или пластификаторов за границы заявляемых концентраций способствует снижению или подвижности бетонной смеси, или снижению морозостойкости бетона и повышению температуры замерзания жидкой фазы в строительных растворах. Во всех подобных случаях уменьшается конечная прочность бетона.
Заявляемую комплексную добавку готовят таким способом. Добавку готовят путем дозирования и смешения смеси солей на основе:
2
2
3
тиосульфата и роданида натрия, солей муравьиной кислоты, ацетата натрия и пластификаторов в границах заявляемых количеств. Соль муравьиной кислоты выбирают из группы кислот: формиат натрия (CHOONa), формиат кальция (Са(СНОО)), формиат калия (CHOOK). Или используют смесь указанных солей. Ацетат натрия (уксуснокислий натрий CHOONa) добавляют к смеси в случае необходимости. В качестве поликарбоксилата использовали сложную смесь ненасыщенного полиэфира полученного при эритрификации смеси ненасыщенных двухосновных кислот с гликолями, растворенного в стироле. Амкироз выпускается на основе ТУУВ 2-7-19069017.001-98 в виде 30-50%-ного водного раствора и представляет собой поверхностно-активное вещество карбоксилатного типа, имеющее активные карбоксильные и гидроксильные группы. Амкироз - препарат многофункционального назначения, с помощью которого возможно в широких границах направленно изменять и технологические, и физико-химические свойства бетона. В качестве полинафталинсульфоната использовали суперпластификатор С-3. Акрилаты типа R60 - побочный продукт производства акриловой кислоты и эфиров на основе водного раствора натриевых солей полиакриловой кислоты (ТУ 2432-001-70432310-2007). Компоненты смешивали и дозировали в соответствующую тару.
Пример
Для исследования свойств заявляемой добавки была приготовлена бетонная смесь, содержащая: 1 часть цемента марки ШПЦ-III/А-400 (Криворожского цементного завода); 1,9 части песка с модулем крупности 1,48; 2 части щебня фракции 5-10; 3 части щебня фракции 10-20; 0,43 части воды.
Заявляемую добавку можно добавлять в бетонную смесь вместе с водой затворения в количестве 0,5-3,0% от массы цемента. Подвижность бетонной смеси определяли по ГОСТ 10181-2000.
Для испытаний на прочность и морозостойкость из бетонной смеси готовили образцы бетона, которые твердели в нормальных термовлажностных условиях. Прочность образцов определяли соответственно ГОСТ 18105-86, а морозостойкость - ГОСТ 10060.0-95. Были испытаны бетонные смеси, содержащие добавку как в заявляемых соотношениях компонентов, так и за их пределами. Были также испытаны бетонные образцы, изготовленные соответственно составу, указанному в известном решении (прототип).
Составы комплексных добавок по известному и заявляемому решениям, а также физико-механические характеристики бетонных образцов представлены в таблицах 1, 2.
Из таблиц следует, что заявляемая комплексная добавка обеспечивает увеличение пластичности строительных смесей, прочности, морозостойкости бетонов, позволяет снизить температуру замерзания жидкой фазы до -14…-16°С (испытания №3-9, 12, 14, 17), а при превышении или снижении предельного содержания ускорителей твердения или пластификаторов в составе добавки снижается прочность, морозостойкость бетона и повышается температура замерзания жидкой фазы (испытания №2, 10-11, 13, 15-16).
Предлагаемый состав компонентов позволяет получить новую высокоэффективную комплексную добавку, которая обеспечивает увеличение подвижности бетонных и растворных смесей, повышение прочности и морозостойкости бетонов, снижение температуры замерзания жидкой фазы в растворных смесях до -14…-16°С.
Таблица 2. - Состав ускорителя твердения в экспериментальных образцах бетонов, указанных в таблице 1
№
Состав ускорителя твердения,  мас.%
Смесь балласта, солей на основе тиосульфата и роданида натрия
Соли муравьиной кислоты
Формиат натрия
Формиат кальция
Формиат калия
Ацетат натрия
1 контрольный
-
-
-
-
-
2
99,7
0,3
-
-
-
3
99,5
0,3
0,2
-
-
4
80,0
10,0
-
10,0
-
5
70,0
-
20,0
-
10,0
6
60,0
10,0
10,0
10,0
10,0
7
50,0
4,0
5,0
15,0
26,0
8
50,0
-
15,0
18,0
17,0
9
34,0
15,0
9,0
9,0
33,0
10
60,0
35,0
-
-
5,0
11
66,0
-
-
34,0
-
12
34,0
15,0
15,0
3,0
33,0
13
33,0
-
50,0
-
17,0
14
40,0
35,0
-
-
25,0
15
20,0
-
25,0
25,0
30,0
16
78,0
15,0
-
-
7,0
17
40,0
15,0
15,0
-
30,0
18 по прототипу
100,0