КОМПЛЕКСНАЯ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ
COMPLEX PLASTICISING AGENT FOR CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к химическим добавкам для бетонных смесей в технологии бетонов. В технологии монолитного строительства при значительных объемах работ и возведении достаточно сложных конструкций и сооружений бетонирование обычно производится непрерывно или с возможными перерывами, в течение которых твердение ранее уложенного бетона еще не начинается.
Перерывы в подаче бетона в опалубку может обеспечиваться использованием в бетонной смеси добавок-замедлителей в бетонную смесь. Последние обычно применяются для поддержания реологических свойств бетонной смеси как при ее допустимо длительной транспортировке, так и в случае необходимости технологических перерывов в производстве бетонных работ.
В настоящее время производители бетонных смесей и растворов сталкиваются с проблемой транспортирования бетонных смесей и растворов с сохранением заданной подвижности. Особенно это проблема актуальна в теплый период года, когда средняя температура окружающей среды превышает +15°C. Увеличение температуры приводит к ускорению гидратации цемента и, как следствие, к снижению подвижности растворов и бетонных смесей, а также к уменьшению их сроков схватывания. В то же время решение ряда технических строительных задач требует обеспечения сохраняемости бетонной смеси до 10 часов.
В принципе все добавки поверхностно-активных веществ, вводимые в бетонную или растворную смесь в повышенных дозировках, наряду с пластификацией смесей, приводят к замедлению их схватывания и снижению прочности бетона в первые часы и сутки твердения (B.C. Изотов и др., Химические добавки для модификации бетона, Монография, изд. ПАЛЕОТИП, М., 2006, с.71-74).
Наиболее распространенные вещества, использующиеся в настоящее время в качестве замедлителей схватывания растворов и бетонных смесей, такие как технические лигносульфонаты, глюконат натрия, цитрат натрия, нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), кормовая патока и прочие сахаросодержащие вещества (Добавки в бетон. Свойства. Наука. Технология, под ред. B.C. Рамачандра, М., Стройиздат, 1988, с.90-94), не являются универсальными с точки зрения влияния на механизм замедления процесса формирования структуры цементного камня и соответственно кинетики набора прочности бетона с учетом нестабильности строительно-технических свойств цемента ввиду хронического недожога клинкера и недостаточностью сырьевой базы для крупнотоннажного производства комплексных пластифицирующих добавок-замедлителей для бетонных смесей и строительных растворов. Таким образом, назрела необходимость в разработке комплексных пластифицирующих добавок-замедлителей, работающих на новых принципах.
Среди перспективных добавок являются композиции на основе поликарбоксилатов (Superplasticizers and other chemical admixtures in concrete. Proceedings Ninth ACE International Conference. Seville, Spain, October 2009, pp. 165-176).
По своей технической сущности и достигаемому результату является добавкой к бетону и раствору, представляющей поликарбоксилатный пластификатор, полимеры которого состоят из структурных звеньев, полученных преимущественно из водорастворимых мономеров различных производных моно- и дикарбоксильной кислоты, и других мономеров, образующих полиэлектролит анионного типа (RU 2390530 С2, 27.04.2007. Указанная добавка, хотя и рассчитана на работу с различными типами цементов, тем не менее время поддержания необходимой консистенции, текучести и удобоукладываемости бетона не превышает полутора часов.
Следует подчеркнуть, что поликарбоксилатный пластификатор выбран неслучайно среди прочих коммерчески доступных пластификаторов. Широко применяемые пластификаторы, содержащие сульфогруппы, такие как: технические лигносульфонаты, полиметиленнафталинсульфонаты, ацетонформальдегидные пластификаторы и меламинформальдегидные суперпластификаторы, - оказались несовместимы с полиэлектролитами катионного типа. При их смешении образуется нерастворимый осадок. В то же время природа поликарбоксилатного пластификатора неважна. Любой коммерчески доступный поликарбоксилатный пластификатор любого производителя совместим с полиэлектролитами катионного типа.
Задачей изобретения является получение комплексной пластифицирующей добавки для бетонной смеси на основе поликарбоксилатного пластификатора, обеспечивающей сохраняемость бетонной смеси не менее трех и более часов без снижения распалубочной прочности, снижающей водоотделение, а также повышение прочности в возрасте 28-и суток.
Поставленная задача решается тем, что комплексная пластифицирующая добавка для бетонной смеси, содержащая полиэлектролиты анионного типа на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров, дополнительно содержит полиэлектролит катионного типа на основе одного из ряда водорастворимых аминозамещенных полимеров: полидиметилдиаллил аммоний хлорид,   продукт полимеризации этилхлоргидрина с диметиламином и хитозан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиэлектролиты анионного типа
18-30
полиэлектролиты катионного типа
2-15
вода
остальное до 100%.
Для получения добавки, согласно изобретению, берут полученный по патенту RU 2390530 водный раствор поликарбоксилатного пластификатора, являющийся полианионным полиэлектролитом.
К взятому раствору добавляются полиэлектролиты, относящиеся к классу поликатионов, - водорастворимые аминозамещенные полимеры, т.е. содержащие в каждом звене как минимум одну аминогруппу, в частности полидиметилдиаллиламоний хорид (ПДМДАХ), или продукт полимеризации эпихлоргидрина с диметиламином (ПЭХД), или хитозан (XT).
Указанные поликатионы представляют собой химические структуры, характеризующиеся формулами, приведенными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 показана структура полидиметилдиаллил аммоний хлорида; на фиг. 2-структура полиэтиленимина; на фиг. 3 - структура продукта полимеризации эпихлоргидрина в присутствии диметиламина и на фиг. 4 - структура хитозана.
Сущность изобретения заключается в следующем.
При смешении указанных полиэлектролитов за счёт электростатического взаимодействия образуется интерполиэлектролитный комплекс между поликатионом и полианионом (фиг. 5).
На фиг. 5 показано схематическое образование интерполиэлектролитного комплекса между поликарбоксилатным пластификатором, относящимся к полиэлектролитом анионного типа, и полиэлектролитом катионного типа, где R - эфирная группа поликарбоксилата, R′ и R″ - заместители полиэлектролита катионного типа.
Таким образом, снижается содержание свободного пластификатора, способного адсорбироваться на поверхность гидратированных цементых зёрен, что приводит к небольшому ухудшению пластификации. По мере протекания гидратации цемента происходит увеличение ионной силы, что, в свою очередь, приводит к диссоциации интерполиэлектролитного комплекса. В результате высвобождаются исходные поликатион и полианион, которые адсорбируются на поверхности новой гидратированной фазы цемента, что приводит к их повторной пластификации, за счёт чего и обеспечивается сохранение реологических свойств бетонной смеси.
Существует патент ЕР 1603846 А2, где описана комплексная добавка, представляющая собой смесь поликарбоксилатного полимера, замедлителя схватывания, полиэтиленимина (в качестве ускорителя набора прочности). Принципиальное отличие от патента ЕР 1603846 А2 состоит в том, что в данной заявке полиэтиленимин, как и другие полиэлектролиты катионного типа, является по сути замедлителем схватывания бетонной смеси, а не ускорителем набора прочности. По сравнению с ЕР 1603846 А2 устраняется компонент, но не его функция. В патенте полиэтиленимин играет роль ускорителя, а в заявке замедлителя.
ПРИМЕРЫ получения комплексной пластифицирующей добавки.
Для получения добавки был взят известный карбоксилатный пластификатор (полученный по патенту RU 2390530) и на его основе готовили образцы добавок с использованием водорастворимых аминозамещенных полимеров.
Пример 1. К 100 г 36%-го раствора поликарбоксилатного пластификатора добавляли при перемешивании 100 г 30%-го раствора полимера, полученного полимеризацией эпихлоргидрина с диметиламином. Перемешивание продолжали в течение 30 минут до получения прозрачного однородного раствора.
Пример 2. К 100 г 30%-го раствора поликарбоксилатного пластификатора добавляли при перемешивании 40 г 30%-го раствора полидиметилдиаллиламмоний хлорида. Перемешивание продолжали в течение 30 минут до получения прозрачного однородного раствора.
Пример 3. К 100 г 45%-го раствора поликарбоксилатного пластификатора добавляли при перемешивании 200 г 10%-го раствора хитозана. Перемешивание продолжали в течение 30 минут до получения прозрачного однородного раствора.
Пример 4. К 100 г 33,3%-го раствора поликарбоксилатного пластификатора добавляли при перемешивании 11,1 г 20%-го раствора полиэтиленимина. Перемешивание продолжали в течение 30 минут до получения прозрачного однородного раствора.
Комплексные добавки, полученные в соответствии с примерами №1-4 и содержащие в своем составе (мас.%) интерполиэлектролитный комплекс 20-45 и воду 55-80, последовательно вводили в бетонные смеси в количестве 0,2% по сухому веществу добавки от массы цемента (таблица 1). Бетонную смесь готовили из портландцемента цемента, песка с модулем крупности 2,2, щебня фркции 5-20 мм при соотношении цемент:песок:щебень 1:2,34:3 и в/ц 0,43. Прочность бетонных изделий определяли на образцах размеров 10×10×10 см по ГОСТ 10180-74. Результаты представлены в таблице 2. Сохраняемость бетонной смеси приведена в таблице 3.
Из данных, приведённых в таблицах 2 и 3, видно, что предлагаемая добавка обладает лучшей пластифицирующей способностью, по сравнению с аналогом, а также обеспечивает сохраняемость бетонной смеси не менее трех - четырех часов.
Таким образом, настоящее изобретение в полном объеме реализуется предложенным техническим решением поставленной задачи.