КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА К СТРОИТЕЛЬНЫМ РАСТВОРАМ
COMPLEX ADDITIVE TO MORTARS

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к комплексным добавкам, используемым в производстве строительных растворов, используемых при кладочных и штукатурных работах.
Технологические характеристики и эксплуатационные свойства строительных растворов определяются не только типом вяжущего и дисперсностью заполнителя, но и существенно зависят от вводимых в их состав комплексных добавок. Действие этих добавок разнопланово. Для строительных растворов важными характеристиками являются способность к легкому нанесению на поверхности и выравниванию, длительное сохранение подвижности и однородности (нерасслаиваемость). Во многом эти характеристики достигаются за счет обеспечения надлежащего воздухововлечения, при этом, в отличие от бетонов, в растворных смесях содержание воздуха может достигать 15-20%, а сохранение подвижности требуется в течение 6 и более часов.
Для обеспечения указанных характеристик применяют, как правило, комплексные добавки, включающие пластификаторы и воздухововлекающие агенты. В качестве пластификаторов находят применение суперпластификаторы на основе полиметленнафталинсульфонатов и лигносульфонаты, а в качестве воздухововлекающих добавок побочные продукты лесохимии (СНВ, СДО) или алкилсульфаты с различной длиной углеводородного радикала. Действие воздухововлекающих добавок основано на насыщении растворных смесей микропузырьками воздуха, облегчающих перемешивание и обеспечивающих равномерное распределение компонентов. При отсутствии воздухововлекающих компонентов в добавке пузырьки воздуха, попавшие в растворную смесь, неравномерно распределяются по ее объему, сравнительно быстро коалесцируют, и воздух в виде крупных пузырьков выходит на поверхность.
Известна комплексная добавка для поризованных бетонов [Патент РФ №2143413 от 04.02.1999], содержащая функционально активную добавку из группы: лигносульфонаты технические, или лигносульфонаты технические модифицированные, или сульфитно-дрожжевую бражку, поливинилацетатную водную дисперсию, или водные дисперсии сополимеров стирола, бутадиена и акрилонитрила, или окись алкилдиметиламина, или казеиновый клей, или водный слой производства капролактама, или жидкое стекло, или алкилбензосульфокислоту, или карбоксиметилцеллюлозу, или костный клей, или натриевуюсольпродукта конденсации нафталина с формальдегидом, или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции С10-С18, или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкиламидов синтетических жирных кислот фракции С10-С16, или смесь натриевых или кальциевых солей жирных кислот фракции С19-С25, или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтан оламидов синтетических жирных кислот фракции С12-С16, или хлориды, сульфаты, нитраты или нитриты щелочных металлов, или их двойные или тройные смеси в массовом соотношении ингредиентов соответственно 1:1 и 1:1:1 в количестве 6,5-12,5%, смолу древесную омыленную 20,0-48,0%, натриевую соль продуктов конденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров α-метилстирола 39,5-73,5%.
Недостатком такой добавки является короткий период обеспечения пластических свойств, а также недостаточный уровень воздухововлечения при добавлении ее в строительные растворы.
Эти недостатки в значительной степени устранены в патенте [JP №1290573 опубл 1989-11-22. PRODUCTION OF AERATED CONCRETE]. В изобретении в качестве комплексной добавки для получения легкого бетона находит применение добавка на основе лигносульфатов в качестве пластификатора, а в составе воздухововлекающей добавки применены тритерпен и алкилсульфаты. Это позволяет получать легкие бетоны с равномерным распределением пузырьков по бетонной смеси. Недостатком такого состава комплексной добавки является недостаточный уровень начального воздухововлечения при среднем уровне сохраняемости подвижности раствора, при низкой биологической стабильности тритерпена при хранении.
Технической задачей настоящего изобретения является создание комплексной добавки к строительным растворам, обеспечивающей продолжительную сохраняемость подвижности раствора и стабильный уровень воздухововлечения.
Поставленная задача решается тем, что комплексная добавка к строительным растворам, состоящая из пластификатора на основе лигносульфоната и воздухововлекающей добавки, согласно изобретению, в качестве воздухововлекающей добавки содержит композицию поверхностно-активных веществ (ПАВ), включающую низкогидрофильные поверхностно-активные вещества со значением гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) 1…3 и высокогидрофильные поверхностно-активные вещества со значением ГЛБ 30…40.
Указанные компоненты входят в добавку при следующем соотношении, мас.%:
лигносульфонаты - 80-95;
композиция поверхностно-активных веществ - 5-20.
Композиция ПАВ включает низкогидрофильные вещества со значением ГЛБ 1…3 и высокогидрофильные вещества со значением ГЛБ 30…40 при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
низкогидрофильные ПАВ со значением ГЛБ 1…3 - 5-20;
высокогидрофильные ПАВ с ГЛБ 30…40 - 80-95.
При этом в комплексную добавку может быть дополнительно введен гидрофильный стабилизатор из группы растительных, искусственных или микробиологических полисахаридов в количестве 1-10% от суммарной массы лигносульфоната и композиции поверхностно-активных веществ.
Применение комплексной добавки, содержащей пластификатор совместно с воздуховлекающим компонентом в виде композиции ПАВ, включающей низкогидрофильные поверхностно-активные вещества со значением ГЛБ 1…3 и высокогидрофильные ПАВ со значением ГЛБ 30…40, является наиболее эффективным способом улучшения начального воздухововлечения (15-17%) при обеспечении сохранения подвижности строительного раствора в течение 6-8 часов. При применении оксиэтилированных жирных спиртов с низким ГЛБ наблюдается недостаточное воздухововлечение и не обеспечивается начальная пластичность (подвижность) раствора, а при применении одних сульфооксиэтилированных спиртов не обеспечивается стабильность вовлеченного воздуха. Применение их в смеси позволяет за счет синергетического эффекта обеспечить равномерное распределение пузырьков воздуха по всему объему смеси, характеризующееся оптимальным их размером, и отсутствием их выхода на поверхность в виде крупных пузырей. При этом обеспечивается большая продолжительность периода сохраняемости подвижности раствора.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки установлен экспериментально и является оптимальным. При содержании воздухововлекающего компонента более 20% наблюдается избыточное воздухововлечение даже при пониженных (≤0,1%) дозировках, а кроме того, не обеспечивается требуемая сохраняемость подвижности растворных смесей. При содержании воздухововлекающего компонента менее 5% для обеспечения оптимального воздухововлечения требуются повышенные дозировки комплексной добавки, вызывающие снижение прочностных характеристик раствора.
Наиболее эффективным способом применения воздухововлекающего компонента комплексной добавки для строительных растворов является применение композиции низкогидрофильных ПАВ с ГЛБ 1…3 и высокогидрофильных ПАВ с ГЛБ 30…40 при смешении их в разных пропорциях в зависимости от марки и особенностей химического состава цемента, типа наполнителей, особенностей технологических приемов производства и эксплуатации. Минимальное содержание низкогидрофильных ПАВ в композиции, при котором они эффективно стабилизируют вовлеченный воздух, составляет 5 мас.%. При содержании высокогидрофильных ПАВ с ГЛБ 30…40 менее 80 мас.% отмечается снижение начального уровня воздухововлечения в строительные растворы.
Дополнительное введение гидрофильного стабилизатора из группы растительных, искусственных или микробиологических полисахаридов в количестве 1-10% от суммарной массы лигносульфоната и композиции ПАВ приводит к дополнительному повышению стабильности всех технологических характеристик строительного раствора.
Введение менее 1% гидрофильного стабилизатора от суммарной массы комплексной добавки технологически не целесообразно. При введении более 10% гидрофильного стабилизатора снижается устойчивость комплексной добавки к расслоению при хранении, при этом также создается избыточная адгезия к инструменту при нанесении и разглаживании раствора.
Таким образом, комплексная добавка для строительных растворов, предложенная в изобретении, позволяет не только пластифицировать строительный раствор при продолжительном сохранении его подвижности, но и повысить воздухововлечение.
Заявляемую комплексную добавку готовят путем дозирования и смешения пластификатора-лигносульфоната технического, жидкого, изготовленного в соответствии с ТУ 2455-028-00279580-04, и композиции ПАВ, включающей низкогидрофильные поверхностно-активные вещества со значением ГЛБ 1…3 в количестве 5-20 мас.% и высокогидрофильные ПАВ со значением ГЛБ 30…40 в количестве 80-95 мас.%.
Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Пример 1. В качестве композиции ПАВ использовали смесь низкогидрофильного гексилдекаэтиленгликоля с ГЛБ=2,4 и высокогидрофильной натриевой соли сульфата указанного спирта с ГЛБ=39,2. Соотношение указанных ПАВ составляло 5:95. Содержание воздухововлекающей добавки составляет 20 мас.%. Содержание лигносульфоната - 80 мас.%.
Пример 2. В качестве композиции ПАВ использовали смесь низкогидрофильного децилдодекаэтиленгликоля с ГЛБ=1,16 и высокогидрофильной натриевой соли сульфата указанного спирта с ГЛБ=38,0. Соотношение указанных ПАВ составляло 10:90. Содержание воздухововлекающей добавки составляет 10 мас.%. Содержание лигносульфоната - 90 мас.%.
Пример 3. В качестве композиции ПАВ использовали смесь низкогидрофильного гексилоктаэтиленгликоля с ГЛБ=1,74 и высокогидрофильной натриевой соли сульфата указанного спирта с ГЛБ=38,5. Соотношение указанных ПАВ составляло 15:85. Содержание воздухововлекающей добавки составляет 20 мас.%. Содержание лигносульфоната - 80 мас.%.
Пример 4. В качестве композиции ПАВ использовали смесь низкогидрофильного гексилдодекаэтиленгликоля с ГЛБ=3,0 и высокогидрофильного додецилсульфоната натрия с ГЛБ=33,1. Соотношение указанных ПАВ составляло 20:80. Содержание воздухововлекающей добавки составляет 5 мас.%. Содержание лигносульфоната - 95 мас.%.
3
Проверку свойств комплексных добавок по настоящему изобретению проводили в соответствии с ГОСТ 30459-2011, а также при сниженных расходах цемента (до 250 кг/м) и при использовании песка с Мкр до 1,5.
Технологические и прочностные характеристики строительных растворов при одинаковом расходе добавки по данной заявке и с добавкой-прототипом представлены в табл.1.
Как видно из этих данных, при применении патентуемой добавки увеличивается продолжительность сохраняемости подвижности раствора, существенно возрастает воздухововлечение и уменьшается плотность. При этом наблюдается рост прочности на сжатие строительного раствора как в возрасте 7, так и в возрасте 28 суток.
Таблица 2 иллюстрирует влияние гидрофильного стабилизатора на характеристики строительного раствора. В приведенных примерах в качестве комплексной добавки по изобретению использовали состав примера 1, а в качестве стабилизатора использовали оксиэтилированную целлюлозу в дозировке 1% от массы комплексной добавки и растительный полисахарид - альгинат натрия в дозировке 10% от массы комплексной добавки (пример 2).
Анализируя табличные данные, можно отметить, что присутствие в составе комплексной добавки гидрофильного стабилизатора позволяет при некотором увеличении подвижности раствора существенно уменьшить водоотделение при увеличении воздухововлечения и снижении плотности.
Таким образом, предлагаемая комплексная добавка к строительным растворам обеспечивает продолжительную сохраняемость подвижности раствора и стабильный уровень воздухововлечения.
Таблица 1
Технологические и прочностные характеристики строительных растворов с добавками
Показатели
прототип
по заявке
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Подвижность, Пк, см
сразу
9,6
11,0
11,0
10,9
10,8
через 3 час
4,7
8,2
8,5
8,9
9,0
через 6 час
2,5
5,2
5,5
5,8
6,2
Воздухововлечение, %
сразу
31
24
24
23
23
через 3 час
15
21
21
20
21
через 6 час
12
16
17
17
18
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
сразу
1755
1855
1860
1875
1870
через 3 час
2030
1890
1890
1895
1885
через 6 час
2150
1950
1930
1930
1920
Водоотделение, %
0,31
0,13
0,15
0,12
0,11
Прочность на сжатие, МПа, в возрасте 7 сут
10,8
11,8
11,3
11,5
10,8
Прочность на сжатие, МПа, в возрасте 28 сут
14,5
14,7
14,3
14,5
14,2
Таблица 2
Влияние гидрофильного стабилизатора
Показатели
без гидрофильного стабилизатора
с гидрофильным стабилизатором
пример 1
пример 2
Подвижность, Пк, см
сразу
11,0
11,0
11,2
через 8 час
4,6
5,9
6,3
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
сразу
1855
1835
1830
через 8 час
2010
1980
1910
Воздухововлече-ние, %
сразу
24
25
25
через 8 час
14
17
18
Водоотделение, %
0,13
0,06
0,04