СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО МОДИФИКАТОРА БЕТОНА
METHOD OF PREPARING COMPLEX CONCRETE ORGANIC-MINERAL MODIFIER

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к способам приготовления комплексных органо-минеральных модификаторов, используемых при приготовлении бетонных смесей для производства железобетонных изделий и для монолитного строительства.
Известен способ получения комплексного модификатора бетона (органо-минеральной добавки), включающий перемешивание микрокремнезема (40-70 мас.%), суперпластификатора (4-9,5 мас.%) нитрилотриметилфосфорной кислоты (0,01-0,4 мас.%) и воды (остальное) с получением суспензии, которая в дальнейшем подвергается сушке в воздушном потоке при температуре 160-300°С с доведением влажности полученного продукта до 1-8% [Способ приготовления комплексного модификатора бетонной смеси // Патент RU №2096389, С04В, 1996 г.].
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления комплексного модификатора, включающий смешивание микрокремнезема (25-70 мас.%) с химической добавкой (2-10 мас.%) и водой (остальное) с получением суспензии, которая подвергается сушке в газовоздушном потоке с температурой 120-270°С при расходе потока 3,0-15,0 м/с до получения гранул размером до 500 мкм. В качестве химической добавки в данном способе используется пластифицирующая добавка или смесь ее с регулятором твердения и/или с воздухововлекающей добавкой и/или с противоморозной добавкой. При этом получается продукт, состоящий из микрокремнезема (77,2-94,0 мас.%), химической добавки (4,7-15,7 мас.%) и воды (остальное) [Способ приготовления комплексного модификатора бетона и комплексный модификатор бетона // Патент RU №2096372, С04В, 1997 г.].
Недостатком известных способов получения комплексных модификаторов являются относительно высокие энергетические затраты на процессы сушки и гранулирования, кроме того, появление в последние годы высокоэффективных пластифицирующих добавок поликарбоксилатного и полиакрилатного типов создает предпосылки для более эффективного их применения в органо-минеральных комплексах совместно с минеральными компонентами природного и техногенного происхождения.
Целью изобретения является разработка способов приготовления комплексных органо-минеральных модификаторов, обеспечивающих существенное улучшение технологических свойств бетонных смесей и физико-механических характеристик бетона.
Поставленная цель решается путем реализации следующих двух способов: предадсорбционного сухого нанесения химической добавки на поверхность минерального компонента, заключающегося в совместном сухом помоле химической добавки и предварительно измельченного минерального компонента или дискретного распределения порошкообразной химической добавки на поверхности минерального компонента, состоящего в совместном сухом перемешивании химической добавки и предварительно измельченного минерального компонента.
Реализация представленных способов приготовления позволяет создать комплексный модификатор, эффективность которого выражается в существенном улучшении технологических свойств бетонных смесей и физико-механических характеристик бетонов.
2
Для приготовления комплексного органо-минерального модификатора бетона в качестве химической добавки использовался гиперпластификатор поликарбоксилатного типа Melflux 2651F. Минеральными компонентами являлись молотый кварцевый песок, молотый гранулированный шлак Липецкого металлургического комбината, молотый известняк Елецкого карьера, золошлаковые отходы ТЭЦ, имеющие удельную поверхность, равную 300-700 м/кг.
2
Способы приготовления модификаторов реализуются следующим образом. Приготовление комплексного органо-минерального модификатора бетона методом предадсорбционного сухого нанесения химической добавки на поверхность минерального компонента заключается в том, что производится совместный помол предварительно измельченных до удельной поверхности 300-700 м/кг минеральных компонентов - молотого кварцевого песка, молотого известняка, шлака металлургического комбината и золошлаковых отходов ТЭЦ с химической добавкой Melflux 2651F в шаровой мельнице в течение 15-60 мин.
2
Приготовление комплексного органо-минерального модификатора методом дискретного распределения порошкообразной химической добавки заключается в совместном сухом перемешивании химической добавки - Melflux 2651F и предварительно измельченных до удельной поверхности 300-700 м/кг минеральных компонентов - молотого кварцевого песка, молотого известняка, шлака металлургического комбината и золошлаковых отходов ТЭЦ в смесителе гравитационного типа в течение 15-60 мин.
В результате реализации описанных способов получали порошкообразные материалы, являющиеся комплексными органо-минеральными модификаторами бетона.
Проверка эффективности действия разработанных модификаторов производилась на бетонных смесях одного и того же состава без модификатора (контрольный состав) и с комплексным органо-минеральным модификатором.
3
3
3
3
Состав бетона: цемент - 500 кг/м; песок - 740 кг/м; щебень - 1000 кг/м; вода 145…245 л/м. Дозировка комплексного органо-минерального модификатора изменялась в диапазоне 5…15% от массы цемента.
кр
Бетонные смеси готовили с применением портландцемента М500 (ГОСТ 10178), кварцевого песка с М=2,1 (ГОСТ 8736), гранитного щебня фр. 5-20 мм (ГОСТ 8267). Подвижность бетонных смесей оценивалась по осадке стандартного конуса (ГОСТ 10181), прочность бетонов определялась на образцах кубов 10×10×10 см, твердевших в нормальных условиях (ГОСТ 10180).
Были проведены опыты для бетонных смесей и бетонов:
- с одинаковым В/Ц-отношением контрольных (бездобавочных) и модифицированных комплексным органоминеральным модификатором смесей;
- с различным В/Ц-отношением, при неизменной подвижности бетонных смесей.
Результаты испытаний бетонных смесей и бетонов представлены в табл.1-3.
Из табл.1 видно, что при постоянном В/Ц-отношении разработанные модификаторы позволяют увеличивать подвижность бетонных смесей на четыре марки (с П1 до П5) без снижения прочности бетонов.
Результаты опытов при постоянной подвижности бетонных смесей показали, что применение разработанных комплексных органо-минеральных модификаторов оказывает положительное влияние на свойства бетонных смесей (табл.2). Из табл.2 видно, что применение модификаторов способствует снижению водопотребности (водоредуцирующее действие) бетонных смесей на 35-45%, в зависимости от вида минерального компонента комплексного модификатора. Помимо значительного снижения водопотребности, разработанные модификаторы обеспечивают большую связность бетонных смесей, которую оценивали по показателю расслаиваемости и сохраняемости свойств бетонных смесей во времени. Расслаиваемость и сохраняемость свойств бетонных смесей оценивалось в соответствии с ГОСТ 10181. Расслаиваемость оценивалась показателем раствороотделения и водоотделения.
Использование всех разработанных модификаторов позволяет снизить расслаиваемость бетонных смесей по сравнению с контрольным составом и требуемыми нормируемыми величинами. Также существенно увеличивается сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей во времени по сравнению с контрольным (бездобавочным) составом. В то же время применение полученных модификаторов позволяет повысить плотность бетонных смесей.
Результаты опытов по изучению влияния разработанных модификаторов на кинетику твердения и основные физико-механические свойства бетонов представлены в табл.3. Свойства бетонов определялись на образцах, полученных из бетонной смеси с постоянной подвижностью, равной 21-23 см.
Испытания показали, что применение органо-минеральных модификаторов, приготовленных разными методами, способствует повышению как ранней 3- и 7-суточной прочности, так и нормативной 28-суточной прочности бетона по сравнению с контрольным (бездобавочным) составом (табл.3).
Установлено, что величины прочности зависят от вида полученных модификаторов (табл.3). Максимальная прочность бетона была достигнута при введении 10% модификатора, содержащего молотый кварцевый песок. Применение модификаторов, содержащих в своем составе молотый гранулированный шлак, позволяет получить максимальную прочность при их введении в количестве 15% от массы цемента. При применении модификаторов, у которых в качестве минерального компонента использовался молотый известняк, оптимальная дозировка составила 10% от массы цемента. При применении золошлаковых отходов ТЭЦ оптимальная дозировка органо-минерального модификатора составила 5% от массы цемента.
Существенное повышение прочности модифицированного бетона обеспечивается за счет большого водоредуцирующего действия химической составляющей модификаторов, а также за счет формирования более плотных упаковок частиц и химического взаимодействия с продуктами гидратации цемента минерального компонента модификаторов.
Таким образом, из проведенных опытов, результаты которых представлены в табл.1-3, установлено, что применение разработанных комплексных органо-минеральных модификаторов позволяет:
- улучшить технологические свойства бетонных смесей;
- повысить как раннюю (в возрасте 3-х и 7-ми суток), так и нормативную 28-суточную прочность бетона по сравнению с контрольным (бездобавочным) составом. При этом эффект повышения прочности бетонов при использовании разработанных модификаторов в равноподвижных бетонных смесях можно использовать для сокращения расхода цемента.