КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОНОВ, СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ И ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETE, MORTAR AND CEMENT COMPOSITES (VERSIONS) AND METHOD OF PRODUCING SAID ADDITIVE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к комплексным и или полифункциональным добавкам в бетонные смеси, и может быть использовано при получении бетонов и строительных растворов, а также других цементных композитов, например, при изготовлении тампонажных и изоляционных материалов.
Известны комплексные добавки, содержащие пуццолану.
Известна комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, включающая следующие компоненты, мас.%: суперпластификатор нафталин-формальдегидного типа Полипласт СП - 46,0-97,5, олигомеры высших жирных кислот производства лапромола - 0,01-0,1, аморфный и/или кристаллический диоксид кремния - остальное (Патент №2328473, опубл. 2008.07.10).
Недостатком добавки является то, что добавка вводится в сухом виде, что несколько снижает ее эффективность и требует дополнительных дозаторов для сухих компонентов.
2
Известна добавка для бетонной смеси, содержащая мас.ч.: трепел или метасиликат натрия в пересчете на SiO 20-25, суперпластификатор С-3 0-20, лигнопан с молекулярной массой 10-50 кДа - 10-11СНВ или СДО 0,005-0,01, КМЦ 1-8, причем содержание добавки составляет 0,3-2,5 мас.% от цемента (Патент №2247090, опубл. 2005.02.27).
Недостатком добавки является то, что добавка вводится в сухом виде, что несколько снижает ее эффективность и требует дополнительных дозаторов для сухих компонентов.
Известна добавка для бетона, содержащая глину, комплексная добавка для бетонов и цементных растворов, включающая лигносульфонаты технические 3-20 мас.%, огнеупорную глину 40-87 мас.%, глину, содержащую монтмориллонит 10-40 мас.% (RU 2276660, опубл. 2006.05.20).
Основным недостатком данной известной добавки является необходимость использования ее в сухом виде, что не позволяет отдельным компонентам быстро раствориться, а твердым компонентам равномерно распределиться в материале, вследствие чего снижается эффективность добавок. Также в данной добавке отсутствует активная минеральная добавка, что снижает ее эффективность.
Наиболее близким аналогом (прототипом) для заявленной добавки является комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, содержащая, мас.%: содержащий диоксид кремния дисперсный минеральный компонент, в т.ч. продукт сухой газоочистки печей, выплавляющих кристаллический кремний и/или ферросилиций, и/или ферросиликохром, 51,9-94,1, химическую добавку, в т.ч. пластификатор на основе соли поликонденсата нафталинсульфокислоты и формальдегида и/или его смесь с нитрилотриметилфосфоновой кислотой, и/или пластификатор на основе соли лигносульфоной кислоты, 4,7-45,5, вода остальное (RU2160723, опубл. 2000.12.20).
Недостатками данной добавки являются достаточно высокая вязкость ее суспензии, сложность ее перекачивания, а при снижении вязкости - седиментация во время транспортировки, хранения и дозирования. Недостатком способа приготовления водной суспензии является недостаточно полная диспергация твердых частиц, что снижает эффективность добавки.
Известен способ приготовления водной суспензии, используемой в качестве активной минеральной добавки для бетона, включающий смешивание микрокремнезема, воды и стабилизирующего компонента, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующего компонента используют комплексные соли на основе нитрилотриметиленфосфоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем 50-70, комплексные соли на основе нитрилотриметиленфосфоновой кислоты 0,05-0,42, вода - остальное (RU 2060242, опубл. 1996.05.20).
Недостатком способа приготовления водной суспензии является недостаточно полная диспергация твердых частиц, что снижает эффективность добавки.
Наиболее близким к заявляемому является способ приготовления комплексного модификатора бетона, включающий смешивание содержащего диоксид кремния дисперсного минерального компонента с химической добавкой и водой с последующей сушкой и гранулированием полученной смеси в газовоздушном потоке (RU 2160723, опубл. 2000.12.20).
Недостатками данного способа являются достаточно большое количество выполняемых операций, необходимость использования высоких температур, меньшая прочность бетонов и растворов с добавкой вследствие недостаточного диспергирования твердых частиц.
Задачей, решение которой обеспечивает предлагаемая добавка, является повышение стабильности суспензии добавки и снижение седиментации суспензии добавки при уменьшении ее вязкости, улучшение ее перекачиваемости. Задачей, решение которой обеспечивает предлагаемый способ изготовления добавки, является повышение прочности бетонов и растворов с изготовленной добавкой, исключение операции полной сушки, изготовление добавки в виде водной суспензии с улучшением диспергирования твердых частиц.
Дополнительные задачи: снижение газо- и водопроницаемости, снижение износа деталей оборудования для перекачивания и перемешивания, снижение затрат на производство добавки, оптимизация зернового состава твердых частиц в цементных композитах, уменьшение «слипания» и агрегации твердых частиц добавки, повышение прочности бетонов и растворов с изготовленной добавкой.
Поставленная задача решается тем, что комплексная добавка для бетонов, строительных растворов и цементных композитов, включающая, по крайней мере, одну пуццолану или/и, по крайней мере, одну минеральную добавку, воду, согласно изобретению дополнительно содержит глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: пуццолана или/и минеральная добавка 5-70, глина 0,01-50, вода остальное до 100.
Комплексная добавка дополнительно может содержать, по крайней мере, одну пластифицирующую добавку или, по крайней мере, одну пластифицирующую добавку в сочетании с, по крайней мере, одной химической добавкой для бетона в количестве 0,01-94 мас.%.
Комплексная добавка в качестве глины содержит любую глину или их сочетание, в т.ч. бентонит или другой монтмориллонит, бентонитовую глину, каолиновую глину, иллит, иллитовую глину, глинопорошок, бентонитовый глинопорошок, побочные продукты алюминиевого производства, природный глинистый грунт с содержанием по массе более 25% алюмосиликатов.
Комплексная добавка в ней в качестве химической добавки для бетона содержит, по крайней мере, один компонент из группы, включающей смазывающую добавку для буровых растворов, флокулянт на основе полиакрилатов, дефлокулянт, например Desco CF, в количестве, повышающем соответственно смазывающие свойства суспензии добавки, флокуляцию коллоидных частиц и дефлокуляцию коллоидных частиц.
Комплексная добавка дополнительно может содержать пигмент в количестве, обеспечивающем при рабочих дозировках комплексной добавки изменение цвета бетона или раствора.
Комплексная добавка дополнительно может содержать, по крайней мере, одну добавку, стабилизирующую суспензию, в количестве 0,05-2% сверх 100%, например нитрилотриметилфосфорную кислоту.
Комплексная добавка содержит в качестве пластифицирующей добавки, по крайней мере, одну полифункциональную, являющуюся пластифицирующей и обладающую другими основными или дополнительными эффектами, или ее сочетание с пластифицирующей.
В качестве пластифицирующей добавки используется, по крайней мере, один компонент из группы, включающей натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, другую добавку на основе нафталинов, добавку на основе эфира поликарбоксилата, добавку на основе лигносульфонатов технических, добавку на основе акрилатов, добавку на меламиновой основе.
В качестве пуццоланы и/или минеральной добавки используется, по крайней мере, один компонент из группы, включающей микрокремнезем - продукт сухой газоочистки печей, выплавляющих кристаллический кремний, ферросилиций, ферросиликохром, силикокальций, метасиликат натрия, перлит, метакаолин - каолин, подвергнутый термической обработке, высокоактивный метакаолин, золу, образующуюся при сжигании рисовой шелухи или других сельскохозяйственных отходов и органических продуктов, биокремнезем, трепел, трепел, подвергнутый термической обработке, диатомит, диатомит, подвергнутый термической обработке, шунгит, белую сажу - тонко дисперсный кремнезем с размерами частиц от 19 до 108 нм, кремнезем, полученный из кислоты, содержащей кремний, кремнезем, полученный из соли кислоты, содержащей кремний, золу-унос, вулканическую породу, вулканический пепел, доменный гранулированный шлак, электротермофосфорный гранулированный шлак, вещество, которое взаимодействует с раствором гидроксида кальция, образуя гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.
В качестве минеральной добавки комплексная добавка содержит, по крайней мере, один компонент из группы, включающей карбонат кальция, карбонат магния, диоксид кремния, сульфат бария, отсевы дробления, молотую горную породу, побочные продукты цементного, металлургического производства, карбонат бария, оксид хрома, оксид цинка, в том числе и в сочетании с пуццоланой.
Кроме того, в качестве пуццоланы используются полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые микросферы золы-уноса, полые алюмосиликатные микросферы или их смеси, в том числе с другой пуццоланой.
В качестве химической добавки в составе комплексной добавки используется, по крайней мере, одна гидрофобизирующая добавка, например олигометилгидридсилоксан, полиэтиленгликоль, этилсиликонат натрия, метилсиликонат натрия, полиэтилгидросилоксан, другие кремнийорганические жидкости, «антисальниковая» добавка для буровых растворов, алкиларилсульфонат, эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов, производные оксикарбоновых кислот, алкилированная янтарная кислота и ее производные, азотсодержащие соединения, оксиэтилированные жирные кислоты.
В качестве химической добавки в составе комплексной добавки используется, по крайней мере, одна соль, в том числе вещества, являющиеся отходами и побочными продуктами производств и содержащие, по крайней мере, одну соль, например релаксол.
В качестве химической добавки в составе комплексной добавки используется, по крайней мере, одна из группы, включающей следующие добавки: стабилизирующие, регулирующие сохраняемость подвижности, воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, ускорители твердения, замедлители твердения, снижающие проницаемость, повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре, повышающие морозостойкость, регулирующие процессы усадки и расширения, противоморозные, антивспениватель, воздухоподавляющие в количестве, обеспечивающем при рабочих дозировках комплексной добавки получение соответствующего эффекта.
Комплексная добавка в ней в качестве химической добавки для бетона содержит, по крайней мере, одно вещество из группы, включающей гипс, поливинилацетат, кальцинированную соду, гипан, оксид магния, смолу нейтрализованную, смолу древесную омыленную, гидратированный портландцемент, нитрит натрия, нитрат кальция, формиат натрия, поташ, соль муравьиной кислоты, натрий-карбоксиметилцеллюлозу, полиспирты, сульфат натрия, сахарат кальция, олигомеры высших жирных кислот производства лапромола, роданид натрия, тиосульфат натрия, фосфат натрия, ацетат натрия, щелочную протеазу, силикат натрия, хлорид кальция, различные масла, соединения, содержащие серу, применяемые для увеличения плотности и прочности бетона.
Поставленная задача в части способа изготовления комплексной добавки для бетонов и строительных растворов и других цементных композитов решается тем, что согласно изобретению сначала перемешивают с водой или с частью воды все компоненты добавки, кроме глины, а затем вводят глину или водный раствор глины и производят дополнительное перемешивание.
Кроме того, перемешивание может осуществляться с использованием высокоскоростных турбулентных смесителей и/или с использованием активации всех или части компонентов вращающимся электромагнитным полем. Дополнительно может осуществляться обработка всех или части компонентов ультразвуком.
Сущность изобретения
Добавление глины в суспензию добавки повышает стабильность суспензии добавки и снижение ее седиментации при невысокой вязкости суспензии. Обычная стабилизирующая химическая добавка за счет поверхностных явлений на границе раздела твердое вещество - жидкость диспергирует (пептизирует) «слипшиеся» твердые частички и при этом образуется больше мелких частичек, которые могут дольше находиться во взвешенном состоянии, но при этом изначально крупные частички также будут оседать и суспензия будет расслаиваться. Глинистый компонент в составе суспензии работает иначе. При введении в состав суспензии добавки глины происходит образование коллоидного раствора, в котором все частицы пуццолана (включая крупные) находятся во взвешенном состоянии и расслоения не происходит.
Как известно, суспензии твердых веществ в составе глинистых растворов являются достаточно стабильными. Кроме того, глины имеют различный химический и зерновой состав, за счет чего глина или комбинация различных глин может являться тонкодисперсным наполнителем для бетона. Применение глин в цементных системах ограничивается увеличением водопотребности смеси и негативным действием некоторых видов глин на цементные системы, что приводит к снижению прочности. Применение суперпластификаторов позволяет компенсировать увеличение водопотребности.
Применение в составе изобретения в качестве пуццолана полых керамических микросфер, полых полимерных микросфер, полых микросфер золы-уноса, полых алюмосиликатных микросфер или их смеси, в том числе с другой пуццоланой, решает задачу получения легкого бетона заданной плотности за счет дозирования необходимого количества суспензии добавки для бетонов.
С целью снижения негативного влияния глины на цементные системы комплексная добавка может дополнительно содержать гидрофобизирующий компонент и/или вещества, образующие электролиты в водной среде.
Добавка может изготавливаться в различных вариантах, например с ограничением максимальной дозировки в бетоне от массы цемента. Соотношения компонентов могут быть различными, например повышенное количество пластифицирующей добавки и практически такое же количество пуццолана, глина и вода - остальное, при этом основной эффект действия добавки обусловлен компенсацией замедления твердения, вызванного пластифицирующей добавкой при высоких ее дозировках, что особенно важно для лигносульфонатов технических. Пуццолана, как известно, вступает в реакцию с гидрооксидом кальция (портландитом), выделяющимся при гидратации цемента, образуя при этом гидросиликаты кальция, что упрочняет систему, а также стимулирует дальнейшую гидратацию за счет понижения основности. Эффект действия добавки, вероятно, также обусловлен более равномерным распределением частиц пуццолана в составе добавки, а затем и в цементном композите за счет приготовления суспензии с уменьшенной вязкостью и лучшего перемешивания. Возможность использования суспензии невысокой вязкости обеспечивается за счет наличия глинистых частиц, образующих коллоидные растворы.
При соотношении компонентов, когда добавка содержит твердых нерастворимых в воде частиц намного больше, чем пластифицирующего компонента, основной эффект повышения прочности цементных композитов с добавкой обусловлен, как известно, взаимодействием пуццолана с гидрооксидом кальция (портландитом), выделяющимся при гидратации цемента, с образованием гидросиликатов кальция, а также, как известно, эффектом микронаполнения со снижением количества пор отдельных рангов. Глинистый компонент в данном случае служит не только как вещество, улучшающее реологию суспензии добавки, но и как вещество, оптимизирующее зерновой состав твердых частиц в цементном композите, за счет чего достигается повышение прочности композита, снижается его проницаемость, улучшается реология смеси, содержащей цемент, экономятся более дорогие компоненты добавки. Содержание в составе изобретения даже незначительного количества пуццолана стимулирует гидратацию цемента за счет понижения основности системы в результате снижения концентрации гидроксида кальция (портландита), вызывая дополнительную гидратацию, в первую очередь, алита - основного компонента выпускаемых промышленностью цементов.
Глина в составе комплексной добавки содержится в качестве компонента, уменьшающего водо- и газопроницаемость бетона, строительного раствора, и/или стабилизирующего суспензию добавки (снижает оседание частичек пуццолана при хранении и транспортировке), и/или улучшающего перекачиваемость суспензии, и/или снижающего расход пуццоланы, и/или придающего пластичные и особые реологические свойства бетонной и растворной смеси, и/или повышающего прочность бетона и строительного раствора.
При изготовлении комплексной добавки по изобретению с низкой вязкостью она может содержать достаточно высокое количество воды (около 70% по массе). При этом увеличиваются затраты на транспортировку добавки. С целью снижения затрат на транспортировку добавка может быть изготовлена с уменьшенным количеством воды, а на месте использования за счет добавления воды доведена до необходимой вязкости. Возможен вариант, когда добавка приготовлена с низкой вязкостью, допускающей расслоение, с целью лучшего перемешивания компонентов и диспергации твердых частиц, а затем осушением доведена до необходимой вязкости.
С этой же целью добавка сначала может готовиться без глины, при этом происходит лучшее перемешивание пуццоланы в смесителе за счет невысокой вязкости. Затем вводится глина в сухом виде или в виде смеси с водой и производится доведение суспензии добавки до рабочей вязкости.
Снижение агрегации твердых частичек добавки достигается, по крайней мере, одним из факторов: снижение вязкости суспензии добавки, повышение содержания жидкой и растворимой в воде фазы при уменьшении количества твердой фазы, смешивание компонентов добавки до добавления глины в условиях высокой текучести раствора, что упрощает перемешивание (в дальнейшем для получения необходимой консистенции добавки вводится глина), применение для приготовления добавки высокоскоростных турбулентных смесителей, активация вращающимся электромагнитным полем, обработка ультразвуком.
Активация комплексной добавки вращающимся электромагнитным полем повышает ее эффективность за счет диспергации твердых частиц при активации поверхностных явлений на границе твердое вещество - вода.
Обработка комплексной добавки ультразвуком повышает ее эффективность за счет диспергации твердых частиц при механическом вибрационном воздействии на них.
Данная комплексная добавка является органо-минеральной, может называться «FRIZ-MB» или «ФРИ3-МБ».
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1
Были изготовлены серии комплексных добавок для бетона по изобретению и по аналогу, результаты испытаний и составы добавок приведены в таблице 1. Для изготовления суспензий добавок использовались следующие материалы: в качестве пуццолана - микрокремнезем, комплексная соль на основе нитрилотриметиленфосфоновой кислоты (для изготовления суспензии по аналогу), бентонитовая глина, вода.
Определение вязкости проводилось по следующей предложенной методике: в пластиковый цилиндр с закрытым патрубком длиной 10 мм с отверстием снизу (внутренний диаметр отверстия 2,75 мм) заливали суспензию в объеме 24 мл, высота столба суспензии 75 мм. После открывания отверстия оценивали время вытекания 24 мл суспензии из пластикового цилиндра через патрубок с отверстием. За параметр, характеризующий вязкость, принималось время истечения суспензии из пластикового цилиндра в секундах. Чем быстрее суспензия вытекает, тем меньше вязкость. Первый отчет времени фиксировался в момент, когда в цилиндре оставалось 5 мл суспензии - отметка (далее отм.) 5 мл, или в тот момент, когда суспензия переставала вытекать струей и начинала вытекать по каплям, при этом фиксировался оставшийся в цилиндре объем суспензии. Второй отчет времени фиксировался в момент полного вытекания суспензии. В случае вытекания суспензии с какой-то отметки по каплям второй отсчет времени не фиксировался (знак «- » в таблице 1). В качестве закрытого цилиндра с патрубком может использоваться, например, медицинский шприц без иглы и без поршня.
Стабильность здесь и далее оценивалась по относительному расслоению суспензий в различное время после изготовления, например через 90 минут, через 3 суток. По также предложенной методике: стеклянная колба внутренним диаметром 15 мм заполнялась суспензией добавки до высоты 100 мм. После фиксированного временного интервала определялось расслаивание или нерасслаивание суспензии. За показатель расслоения суспензии принималось относительное расслоение, определенное следующим образом отношение высоты столба прозрачной жидкости над оставшимся непрозрачным столбом суспензии к 100 мм умножалось на сто процентов.
«МК» в графе «Пуццолана» означает, что в качестве пуццолана использовался микрокремнезем (ультрадисперсный побочный продукт изготовления ферросилиция) производства ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат» марки МК-85 по ТУ 7-249533-01-90, кроме состава №5 Б - бентонитовая глина серо-зеленого цвета
«КС» в графе «Добавка» означает, что в качестве дополнительного компонента использовалась комплексная соль на основе нитрилотриметиленфосфоновой кислоты, «С-3» - суперпластификатор С-3 ЗАО «Владимирский ЖБК».
Состав 14 практически сразу полностью расслоился с оседанием частичек на дне колбы. Состав 7 не расслоился и при этом по всей высоте во взвешенном состоянии находились твердые частички размером до 0,5 мм (более крупных частичек нет), цвет раствора - серый, распределение крупных твердых частичек по высоте равномерное. Применение глины сделало распределение частичек пуццоланы равномерным во всем объеме суспензии и исключило расслоение.
Составы, изготовленные по прототипу и аналогу, 1-4 (таблица 1). Составы, изготовленные по изобретению, 5-10 (таблица 1). Составы, изготовленные с дозировками компонентов, находящимися за границами оптимальных значений, 11-14 (таблица 1).
Как показали испытания, добавки по прототипу и аналогу имели высокую вязкость (не вытекали из цилиндра) и после 3 и 90 суток хранения расслаивались (составы 1,2). Суспензии добавок по изобретению имели невысокую вязкость (см. таблицу 1) и не расслаивались. С использованием цемента ЦЕМ II/А-III 42,5Н производства ЗАО «Строительные материалы» г.Стерлитамак, песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 42%, гравия фр. 5-20 мм, разных комплексных добавок (составы 1-6 в таблице 1) и воды изготовлены бетонные образцы. Составы бетона проектировались и изготавливались при В/Ц=0,5 таким образом, чтобы расход цемента был одинаковым, дозировка добавок принималась такой, чтобы количество пуццоланы в бетонных смесях было одинаковым и равным 5%. Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность образцов бетона на сжатие с добавками по изобретению превышала прочность образцов с добавками по прототипу и аналогу.
Пример 2
Комплексная добавка была изготовлена путем перемешивания следующих компонентов: в качестве пуццоланы использовался микрокремнезем - ультрадисперсный побочный продукт изготовления ферросилиция производства ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат» марки МК-85 по ТУ 7-249533-01-90, в качестве глины использовалась бентонитовая глина серо-зеленого цвета, в качестве пластифицирующей добавки использовалась полифункциональная, содержащая дополнительно гидрофобизирующий компонент «ПФМ-НЛК» производства ООО «Полипласт-Уфа». Вода соответствовала ГОСТ 23732-79.
Была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, включающая приведенные выше компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 40,0; пластифицирующая добавка (дозировка по сухому веществу) - 13,0; бентонитовая глина - 5,9; вода - 41,1. Также была изготовлена контрольная комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, включающая приведенные выше компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 40,0; пластифицирующая добавка (дозировка по сухому веществу) - 13,0; вода - 47,0.
Для оценки влияния комплексной добавки на прочностные свойства бетона были изготовлены образцы бетона с комплексной добавкой и с контрольной добавкой. Бетонные смеси были одинакового состава с использованием цемента ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», песчано-гравийной смеси при водоцементном отношении 0,4 с дозировкой добавки 12% от массы цемента. Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие, МПа: состав с контрольной добавкой в возрасте 7 суток - 57,0, состав с комплексной добавкой в возрасте 7 суток - 61,2, состав с контрольной добавкой в возрасте 28 суток - 68,0, состав с комплексной добавкой в возрасте 28 суток - 70,2.
Пример 3
Были изготовлены комплексные добавки для бетонов и растворов по изобретению и по известному прототипу. Составы суспензий (здесь и далее - смесь твердых частиц и воды, которая может также содержать растворимые вещества) приведены в таблице 2, результаты определения вязкости и стабильности суспензий представлены в таблице 2.
Знак «-» в графе «Относительное расслоение (в возрасте), %» означает отсутствие расслоения.
Знак «-» в графах «Среднее время истечения с отметки...» означает, что суспензия не вытекает или вытекает по каплям.
МК - микрокремнезем (ультрадисперсный побочный продукт изготовления ферросилиция) производства ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат» марки МК-85 по ТУ 7-249533-01-90.
Б - бентонитовая глина серо-зеленого цвета.
СП-1 - пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1».
Ergomix 6005 - суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилатов
Составы, изготовленные по прототипу и аналогу, 1-4 (таблица 2) и 1-4 (таблица 1). Составы, изготовленные по изобретению, 5-15 (таблица 2). Составы, изготовленные с дозировками компонентов, находящихся за границами оптимальных значений, 16-20 (таблица 2). Проведенные испытания показали, что составы по прототипу и аналогу даже при самой низкой дозировке нерастворимых в воде компонентов имеют высокую вязкость с увеличением количества нерастворимых компонентов вязкость суспензии возрастает еще больше. Составы по изобретению имеют меньшую вязкость и не расслаиваются. С использованием цемента ЦЕМ II/А-III 42,5Н производства ЗАО «Строительные материалы» г.Стерлитамак, песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 42%, гравия фр. 5-20 мм, разных комплексных добавок (составы 1-7, 9,11,12 в таблице 2) и воды изготовлены бетонные образцы. Составы бетона проектировались и изготавливались при В/Ц=0,5 таким образом, чтобы расход цемента был одинаковым, дозировка добавок принималась такой, чтобы количество пуццоланы в бетонных смесях было одинаковым и равным 5%. Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность образцов бетона на сжатие с добавками по изобретению превышала прочность образцов с добавками по прототипу и аналогу.
Пример 4
С целью определения возможности использования в качестве пластифицирующей добавки различных веществ была изготовлена серия комплексных добавок, содержащих различные пластифицирующие вещества, содержание бентонитовой глины в добавках составляло 2,5%. Количество воды выбиралось таким, чтобы вязкость суспензии, определенная по приведенному выше методу (определение скорости вытекания суспензии из пластикового цилиндра с отверстием с отм. 24 мл до 5 мл) составляла 10-22 с. Все полученные суспензии не расслаивались. Результаты испытания комплексных добавок с определением прочности цементного камня на образцах 20×20×20 мм приведены в таблице 3. Для удобства сравнения комплексных добавок количество пластифицирующей добавки приведено в процентах от массы цемента в составе цементного композита. Количество пуццоланы в виде микрокремнезема в составе комплексных добавок принято таким, чтобы его содержание в составе цементного композита составляло 5% от массы цемента. Цементные композиты изготовлены при водоцементном отношении (В/Ц), равном 0,3, с использованием цемента ЦЕМ II/A-III 32,5 Б производства ЗАО «Катав цемент».
Таблица 3
Результаты испытания различных комплексных добавок, вводимых в состав цементных композитов
Наименование пластифицирующей добавки в составе комплексной
Наименование основного действующего компонента
Количество пластифицирующей добавки,* %
Подвижность цементно-водной смеси с добавкой, мм **
Способ формовки образцов
Проность***, МПа
Смесь 70% суперпластификатора С-3 и 30% лигносульфонатов технических (ЛСТ)
Натриевая соль продукта конденсации нафталин-сульфокислоты с формальдегидом и ЛСТ
2
40
Литье
69,9
Ergomix Ruredil 6005
Эфир поликарбоксилата
1,5
5
Виброформование
66,3
MelmentFlO
Вещество на меламиновой основе
2
25
Виброформование
68,7
Добавка на основе полиакрилатов
Вещество на основе акрилатов
1,0
20
Виброформование
69,5
«Полипласт СП-1»
Натриевая соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом
1,0
35
Виброформование
75,7
Пояснения к таблице 3:
* Количество пластифицирующей добавки, вводимой в состав комплексной добавки, приведено в процентах от массы цемента в составе цементного композита.** Подвижность оценивалась по величине погружения пестика прибора Вика в цементно-водную смесь с комплексной добавкой (максимально 40 мм).*** Под прочностью понимается предел прочности при сжатии цементного композита (цементного камня) с добавкой в возрасте 28 суток.
Эксперимент показал возможность использования в составе предлагаемой комплексной добавки любой пластифицирующей добавки или их сочетания. Каждая пластифицирующая добавка имеет различную эффективность и стоимость. Выбор пластифицирующей добавки может быть сделан по критерию сочетания наибольшей эффективности с невысокой стоимостью. Несколько лет назад применение комплексной добавки было бы малоэффективно в связи с низкой эффективностью пластифицирующих добавок и повышением водопотребности цементно-водных систем при добавлении глины. С развитием химической промышленности увеличивается эффективность производимых суперпластификаторов и соответственно высока эффективность комплексной добавки, изготовленной на их основе.
Пример 5
В качестве пуццоланы и/или минеральной добавки может использоваться, по крайней мере, один компонент из группы, включающей микрокремнезем - продукт сухой газоочистки печей, выплавляющих кристаллический кремний, ферросилиций, ферросиликохром, силикокальций, метасиликат натрия, перлит, метакаолин - каолин, подвергнутый термической обработке, высокоактивный метакаолин, зола, образующаяся при сжигании рисовой шелухи или других сельскохозяйственных отходов и органических продуктов, биокремнезем, трепел, трепел, подвергнутый термической обработке, диатомит, диатомит, подвергнутый термической обработке, шунгит, белая сажа - тонкодисперсный кремнезем с размерами частиц от 19 до 108 нм, кремнезем, полученный из кислоты, содержащей кремний, кремнезем, полученный из соли кислоты, содержащей кремний, зола-унос, вулканическая порода, вулканический пепел, доменный гранулированный шлак, электротермофосфорный гранулированный шлак, вещество, которое взаимодействует с раствором гидроксида кальция, образуя гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.
Существуют различные виды кремнезема, в том числе кремнезем, полученный из кислот, содержащих кремний, и из солей кислоты, содержащей кремний, силикагель. К кислотам, содержащим кремний, относятся, например, метакремниевая кислота, ортокремниевая кислота и др. К солям кислот, содержащих кремний, относится, например, силикат натрия.
Для определения возможности использования в составе предлагаемой комплексной добавки в качестве пуццоланы различных веществ была изготовлена серия комплексных добавок с использованием бентонитового глинопорошка (глина), натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом - суперпластификатор С-3 (пластифицирующая добавка). Содержание бентонитового глинопорошка в добавках составляло 3%, пластифицирующеей добавки 10%. В качестве пуццоланы использовались микрокремнезем МК-65, молотый ферросилиций ФС 90, молотый силикокальций СКЗ0Р, ферросиликохром ФСХ 48 производства ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат», метасиликат натрия METSO-520, перлит Арагацкого месторождения, метакаолин производства ЗАО «Горнодобывающая Компания» высокоактивный метакаолин производства ООО «Мета-Д», зола, образовавшаяся при сжигании шелухи кубанского риса, биокремнезем производства ООО «Diamix (Диамикс)», трепел, трепел, подвергнутый термической обработке, порошок диатомитовый производства ООО «Diamix (Диамикс)», молотый шунгит месторождения у селения Шуньга (Карелия), белая сажа БС 100 производства ОАО «Сода», кремнезоль, полученная при взаимодействии силиката натрия с уксусной кислотой, зола-унос Кумертауской ТЭЦ, камчатский кремнистый туф, вулканический пепел с острова Матуа, доменный и электротермофосфорный гранулированные шлаки производства ОАО «ЧМК», в качестве вещества, которое взаимодействует с раствором гидроксида кальция, образуя гидросиликаты кальция, использовался Grade 920. Соотношение пуццоланы и воды выбиралось таким, чтобы вязкость суспензии, определенной по приведенному выше методу (определение скорости вытекания суспензии из пластикового цилиндра с отверстием с отм. 24 мл до 5 мл), составляла 10-22 с. Все суспензии не расслаивались, в то время как суспензия, изготовленная без глины (40% добавки МБ-10-01 и 60% воды), расслаивалась с отделением сверху прозрачной коричневой жидкости и не вытекала из пластикового цилиндра с отверстием. Эксперимент показал, что наиболее стабильными при низкой дозировке пуццоланы являются суспензии на основе наиболее тонкодисперсных продуктов, таких как белая сажа и микрокремнезем, а вещества, содержащие более крупные частицы (зола-унос и др.), требуют более высокой вязкости и большей дозировки для сохранения стабильности суспензии.
Следовательно, в качестве пуццоланы может быть использовано любое вещество, которое взаимодействует с раствором гидроксида кальция, образуя гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.
Пример 6
В качестве пуццоланы могут использоваться полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые микросферы золы-уноса, полые алюмосиликатные микросферы или их смеси, в том числе с пуццоланой. Применение данных веществ позволяет не только повысить прочность, но и получить легкие бетоны.
3
3
3
3
Была изготовлена комплексная добавка с использованием в качестве пуццоланы полых микросфер золы-уноса при следующем соотношении компонентов, мас.%: микросферы - 35,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 1,5; бентонитовая глина - 2,5; вода - 61. На основе добавки была изготовлена бетонная смесь с использованием в качестве крупного заполнителя обогащенной гравием песчано-гравийной смеси (ПГС), содержание гравия 52%, цемента ПЦ400 Д20. Состав смеси 1, кг/м: цемент - 500; добавка - 329; вода - 25; ПГС - 1060. Плотность бетона в возрасте 28 суток составила 1900 кг/м. Состав смеси 2, кг/м: цемент - 500; добавка - 160; вода - 125; ПГС - 1060. Плотность бетона в возрасте 28 суток составила 2095 кг/м. Таким образом, за счет использования комплексной добавки, содержащей в качестве пуццоланы полые микросферы, удалось получить легкий бетон с использованием заполнителя, применяемого для тяжелого бетона, при исключении необходимости дозирования большого количества компонентов на растворобетонном узле, достигая требуемой плотности за счет изменения дозировки добавки, используемой в виде суспензии невысокой вязкости.
Пример 7
2
Важным свойством суспензии добавки является ее невысокая вязкость при отсутствии расслоения. Данное свойство обеспечивается наличием в составе добавки глины. Глинистые водные растворы, как известно, используются для бурения скважин. Важным требованием, предъявляемым к данным растворам, является их стабильность при необходимой вязкости. Наиболее современным и прогрессивным решением в области буровых растворов является применение утяжелителей и глинопорошков, изготовленных на основе измельченных бентонитовых глин [Рябоконь С.А. Технологические жидкости для заканчивания и ремонта скважин: Монография. - М.: НПО «Бурение», 2006. - 230 с.]. Для комплексной добавки по изобретению важно сохранение стабильности при низкой вязкости. Для цементных систем, кроме того, важна минимизация негативного воздействия, связанного с увеличением водопотребности и снижением прочности при введении некоторых видов глин. Выбор глины или сочетания глин в составе добавки обусловлен необходимостью обеспечения стабильности суспензии добавки при необходимой вязкости, оптимального сочетания стоимости и эффективности добавки. Кроме того, глина или сочетание глин позволяет оптимизировать зерновой состав твердых частиц в составе добавки и в цементных композитах что позволяет улучшить реологические свойства соответственно суспензий добавки и цементно-водных систем. Были приготовлены различные комплексные добавки, содержащие в качестве пуццоланы микрокремнезем в количестве 10,0%, пластифицирующей добавки «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 6,0%, в качестве глины различные вещества, указанные ниже. В качестве бентонита использовался бентонит Таганского месторождения (содержание монтмориллонита не менее 92,5%), в качестве бентонитовой глины использовалась бентонитовая глина по ТУ 480-1-334-91 (ТУ 2164-005-04002160-07) «Глинопорошки для буровых растворов» (Минералогический состав в процентах: палыгорскит - 10; монтмориллонит - 58-62; каолинит - 8-10; гидрослюда - 6-8; кварц - 5-6; карбонат - 5-6), в качестве каолина использовался каолин КР-1, в качестве каолиновой глины использовалась каолиновая глина следующего минералогического состава в процентах: монтмориллонит - 20; каолинит - 60; гидрослюда - 3; кварц - 15; остальное - 2, в качестве иллита использовался иллит Паужетского месторождения, в качестве иллитовой глины использовалась иллитовая глина следующего минералогического состава в %: монтмориллонит 10; иллит 60; каолинит 20; гидрослюда 3; кварц 5; остальное 2, в качестве глинопорошка использовалась предварительно высушенная размолотая до удельной поверхности 6250 см/г (измерена прибором Т-3) глина из Толбазинского района Республики Башкортостан и порошок палыгорскитовый ППВ по ТУ 480-1-334-91, в качестве бентонитовых глинопорошков использовались цеоджел и ПКГД, в качестве побочного продукта алюминиевого производства использовался шлам газоочистки алюминиевого производства ОАО «Русал», в качестве природного глинистого грунта с содержанием по массе более 25% алюмосиликатов использовался суглинок с числом пластичности 16, в качестве материала, пригодного для изготовления буровых растворов, образующего в воде коллоидные растворы, применялся цеоджел. Соотношение глины и воды выбиралось таким, чтобы вязкость суспензии, определенная по приведенному выше методу (определение скорости вытекания суспензии из пластикового цилиндра с отверстием с отм. 24 мл до 5 мл) составляла 12-25 с. Все суспензии не расслаивались. Как показал эксперимент, ряд глинистых материалов по увеличению дозировки глины при получении стабильной суспензии с вязкостью, измеренной по времени вытекания суспензии до отм. 5 мл, 12-25 с: бентонит, иллит, каолиновая глина. С приготовленными комплексными добавками на основе различных глин и их сочетания были изготовлены бетонные смеси. Как показал эксперимент, наибольшие прочности имеют бетон с предложенной добавкой на основе бентонитового глинопорошка и бетон с предложенной добавкой на основе смеси бентонитовой и каолиновой глины. Ряд глинистых материалов по увеличению водопотребности бетонной смеси: каолиновая глина, иллитовая глина, бентонитовая глина.
Пример 8
В качестве химической добавки для бетона может использоваться, по крайней мере, одна гидрофобизирующая добавка, например олигометилгидридсилоксан, полиэтиленгликоль, этилсиликонат натрия, метилсиликонат натрия полиэтилгидросилоксан, другие кремнийорганические жидкости, «антисальниковая» добавка для буровых растворов, акиларилсульфонат, эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов, производные оксикарбоновых кислот, алкилированная янтарная кислота и ее производные, азотсодержащие соединения, оксиэтилированные жирные кислоты.
Гидрофобизирующая добавка обеспечивает, по крайней мере, один из следующих эффектов: снижение износа деталей оборудования для перекачивания и перемешивания, снижение прилипания твердых частичек комплексной добавки к различным поверхностям, снижение негативного действия глины на цементные системы.
С целью определения возможности снижения негативного действия глины на цементные системы за счет введения в состав комплексной добавки гидрофобизирующей добавки были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов: добавка БД, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 18,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,5; бентонитовая глина - 3,2; вода - 74,3.
3
Добавка ГИД имеет состав при том же, что у добавки БД, соотношении компонентов, но в составе пластифицирующей добавки содержится 10% этилсиликоната натрия с массовой долей кремния 6%. С использованием цемента ЦЕМ II/A-III 32,5 Б производства ЗАО «Катав цемент», песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 38%, гравия фр. 5-20 мм, разных комплексных добавок и воды изготовлены бетоны при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 440; добавка - 110; вода - 100; ПГС - 1225; гравий - 560.
Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность образцов бетона на сжатие составила, МПа: состав с добавкой БД в возрасте 28 суток - 48,7, состав с комплексной добавкой ГИД в возрасте 28 суток - 53,6. Применение гидрофобизирующей добавки в составе комплексной снижает негативное действие глины на цементные системы и повышает прочность бетона.
Пример 9
С целью определения возможности снижения прилипания твердых частичек комплексной добавки к различным поверхностям (в т.ч. оборудования для перекачивания) были изготовлены суспензии добавок, включающие приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: биокремнезем - 15,0; пластифицирующая добавка на основе лигносульфонатов технических (дозировка по сухому веществу) - 4,5; гидрофобизирующая добавка - 1,0; бентонитовая глина - 3,5; вода - 76,0 и контрольная добавка без гидрофобизирующей с одинаковой вязкостью. В качестве гидрофобизирующей добавки использовались: кремнийорганическая жидкость ГКЖ 136-41, добавка КСД («антисальниковая» добавка для буровых растворов), гидрофобизатор ИВВ-1. Суспензии имели невысокую вязкость и были стабильны.
Эффективность определялась по снижению массы добавки, оставшейся на стальной пластине, после ее вытаскивания из суспензии добавки с гидрофобизатором по сравнению с количеством «налипшей» контрольной добавки. Эффективность составила 20÷30%.
Пример 10
В качестве химической добавки для бетона может использоваться, по крайней мере, одна соль, в том числе вещества, являющиеся отходами и побочными продуктами производств и содержащие, по крайней мере, одну соль, например релаксол.
Вещества, образующие электролит в водной среде, в первую очередь, соли различных кислот и металлов, как известно, являются ускорителями твердения цементных систем, что обуславливает повышение прочности бетонов и других цементных систем. В цементных системах с высокой дозировкой пластифицирующей добавки, особенно лигносульфонатов технических, происходит снижение прочности, связанное с замедлением гидратации, при этом введение солей позволяет компенсировать данный негативный эффект. Кроме того, соли различных металлов, как известно, позволяют компенсировать негативное действие глины на цементные системы. С целью определения возможности использования и эффективности различных солей в составах предлагаемой комплексной добавки проведены эксперименты.
Были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов:
- добавка БС, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: пуццолана (в данном случае 50% микрокремнезема и 50% золы-уноса) - 13,0; пластифицирующая добавка (в данном случае 70% «Полипласт СП-1» и 30% лигносульфонатов технических, дозировка по сухому веществу) - 10,0; бентонитовая глина - 5,0; вода - 72,0;
- добавка РЕЛ получена путем добавления к добавке БС 20% релаксола (в сухом виде) и 30% воды;
- добавка ХК получена путем добавления к добавке БС 20% хлорида кальция и 30% воды.
3
С использованием цемента ЦЕМ II/А-III 42,5 H производства ЗАО «Строительные материалы» г.Стерлитамак, песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 42%, гравия фр. 5-20 мм, разных комплексных добавок и воды изготовлены бетонные образцы при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 390; добавка - 50,7; вода - 155; ПГС - 1275; гравий - 450.
Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие, МПа: состав с добавкой БС в возрасте 28 суток - 37,9, состав с комплексной добавкой РЕЛ в возрасте 28 суток - 51,2, состав с комплексной добавкой ХК в возрасте 28 суток - 54,1. Применение солей в составе предлагаемой комплексной добавки позволяет значительно повысить прочность бетона.
Пример 11
В качестве минеральной добавки предлагаемая комплексная добавка может содержать, по крайней мере, один компонент из группы, включающей карбонат кальция, карбонат магния, диоксид кремния, сульфат бария, отсевы дробления, молотую горную породу, побочные продукты цементного, металлургического производства, карбонат бария, оксид хрома, оксид цинка, в том числе и в сочетании с пуццоланой.
2
Применение инертных минеральных добавок позволяет экономить цемент и может снизить себестоимость цементных композитов. Минеральные добавки широко используются для изготовления самоуплотняющегося бетона. Применение предлагаемой комплексной добавки позволяет дозировать и перевозить минеральную добавку в виде водной суспензии. Эффективность применения минеральных добавок возрастает с увеличением их удельной поверхности, особенно в сочетании с применением пластифицирующей добавки. С целью определения возможности изготовления самоуплотняющегося бетона с предлагаемой комплексной добавкой были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов: добавка И, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: молотый карбонат кальция (удельная поверхность 6100 см/г) - 22,2; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 1,3; бентонитовая глина - 2,5; вода - 74,0.
3
С использованием цемента ЦEМ II/А-III 32,5 Б производства ЗАО «Катав цемент», песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 42%, гравия фр. 5-20 мм, комплексной добавки (дополнительное количество воды не понадобилось) изготовлена бетонная смесь при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 450; добавка - 300; ПГС - 1300; гравий - 300. Бетонная смесь имела подвижность, соответствующую расплыву конуса 55 см. Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток составила 32,5 МПа. С использованием предлагаемой комплексной добавки удалость получить самоуплотняющийся бетон.
Пример 12
2
С целью определения возможности применения в составах предлагаемой добавки различных минеральных компонентов были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов, включающие приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: минеральная добавка с удельной поверхностью 4500-5000 см/г - 18,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,2; бентонитовая глина - 2,3; вода - 75,0. Использовались следующие минеральные добавки: в качестве карбоната кальция - мраморный порошок (содержание карбоната кальция 85%), в качестве карбоната магния - доломит, отобранный около населенного пункта Корпачево (Республика Башкортостан), в качестве диоксида кремния - молотый песок (содержание диоксида кремния более 95%), в качестве сульфата бария - сульфат бария для рентгеноскопии (содержание 97,5%), в качестве отсева дробления - пыль, образующаяся при изготовлении щебня у г.Миньяр, в качестве молотой горной породы - молотый карельский габбро-диабаз, в качестве побочного продукта цементного производства - цементная пыль ЗАО «Строительные материалы», г.Стерлитамак, в качестве побочного продукта металлургического производства - шлак доменный гранулированный титанистый, в качестве карбоната бария - карбонат бария (содержание 93,5%), в качестве оксида хрома - оксид хрома (содержание 91,9%), в качестве оксида цинка - оксид цинка (содержание 98,0%). С использованием всех минеральных добавок удалось получить нерасслаивающиеся суспензии. Полученные суспензии добавки имели различную вязкость, определенную по приведенному выше методу (определение скорости вытекания суспензии из пластикового цилиндра с отверстием с отм. 24 мл до 5 мл), которая составляла 11-20 с. В качестве минеральной добавки в составе комплексной может использоваться любая.
Пример 13
Минеральная добавка в составе комплексной добавки может служить как компонент, снижающий стоимость добавки, как компонент, позволяющий оптимизировать зерновой состав твердых частиц в составе добавки и в цементных композитах, что позволяет улучшить реологические свойства соответственно суспензий добавки и цементно-водных систем. В качестве минеральной добавки в составе комплексной могут использоваться специально выпускаемые вещества, побочные продукты и отходы производства. Например, карбонат кальция молотый, побочные продукты цементного, горнообогатительного, металлургического и других производств.
С целью определения возможности экономии дорогих компонентов предлагаемой добавки за счет недорогого минерального компонента были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов:
- добавка, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: метакаолин - 18,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; вода - 75,5;
2
- добавка мин.1, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: метакаолин - 14,0; песок для строительных работ (содержание диоксида кремния более 90%) молотый до удельной поверхности 7000 см/г - 7,5; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; вода - 72,0;
2
- добавка мин.2, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: метакаолин - 14,0; песок для строительных работ (содержание диоксида кремния более 90%) молотый до удельной поверхности 5000 см/г - 9,3; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; вода - 70,2.
Суспензии полученных добавок были стабильны и не расслаивались. Дальнейшее увеличение количества воды в добавке мин.1 и добавке мин.2 приводило к ухудшению стабильности добавок и расслоению. Измеренная вязкость добавки мин.1 на 8% выше вязкости добавки, вязкость добавки мин.2 на 11% выше, вязкости добавки.
3
С использованием цемента ЦЕМ II/А-III 32,5 Б производства ЗАО «Катав цемент», песчано-гравийной смеси (ПГС) с содержанием гравия 38%, гравия фракции 5-20 мм, разных комплексных добавок и воды изготовлены бетоны при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 415; добавка - 89; вода дозировалась до получения бетонных смесей равной подвижности; ПГС - около 1200; гравий (ориентировочно) - около 550. Бетонные смеси имели несколько различный расход заполнителей в связи с различным количеством воды.
Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие составила, МПа: состав с добавкой к в возрасте 28 суток - 45,0, состав с комплексной добавкой мин.1 в возрасте 28 суток - 44,0, состав с комплексной добавкой мин.1 в возрасте 28 суток - 43,7. Снижение прочности при замене метакаолина минеральной добавкой незначительное до 3%. При этом стоимость метакаолина остается высокой и снижение его расхода за счет применения минеральной добавки уменьшает себестоимость комплексной добавки до 30%.
Пример 14
В качестве химической добавки для бетона может использоваться, по крайней мере, одна из группы, включающей следующие добавки: стабилизирующие, регулирующие сохраняемость подвижности, воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, ускорители твердения, замедлители твердения, снижающие проницаемость, повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре, повышающие морозостойкость, регулирующие процессы усадки и расширения, противоморозные, антивспениватель, воздухоподавляющие в количестве, обеспечивающем при рабочих дозировках комплексной добавки получение соответствующего эффекта.
3
С целью определения возможности получения дополнительных эффектов действия добавки на бетон за счет введения в состав предлагаемой комплексной добавки различных химических добавок была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 21,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,2; бентонитовая глина - 2,1; вода - 72,7. Дополнительно в состав добавки для получения необходимого эффекта по ГОСТ 24211 вводились различные химические добавки. Эффективность полученных добавок оценена по ГОСТ 30459. Для испытания использовались следующие материалы ПЦ-500-Д0 производства ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», песок с модулем крупности Мк 2,2 (карьер у с.Кабаково), гранитный щебень фр. 5-20 мм (карьер у с.Малый Куйбас) при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 350; песок - 650-850; щебень - 950-1150. Результаты испытания приведены в таблице 4. Для удобства анализа результатов в таблице приведены данные по дозировке соответствующего вещества в процентах от массы цемента.
Таблица 4
Результаты испытания и оценка эффективности предлагаемых комплексных добавок с различными химическими добавками
Наименование дополнительно вводимой химической добавки
Вводимое вещество
Содержание введенного вещества, в процентах от массы цемента
Полученный результат
1
2
3
4
Стабилизирующая
Натрийкарбоксиметилцеллюлоза
0,02
Показатель раствороотделения бетонной смеси П<sub>Р</sub> при добавлении стабилизирующей добавки снизился с 3% до 1% (в 3 раза). Водоотделение бетонной смеси П<sub>В</sub> снизилось с 2% до 1% (в 2 раза).
Регулирующая (увеличивающая) сохраняемость подвижности
Перамин Р (Peramin R)
0,25
Показатель эффективности П<sub>У</sub> составил 2.
Воздухововлекающая
Смола нейтрализованная воздухововлекающая
Увеличение объема воздуха в смеси с 2,3% до 5%.
Газообразующая
Алюминиевая пудра
0,3
Увеличение объема воздуха в смеси с 2,3% до 6,7%
Пенообразующая
ПБ2000
0,4
Увеличение объема воздуха в смеси с 2,3% до 16,3%
Ускоритель твердения
Формиат натрия
3%
Увеличение прочности в возрасте 1 сут с 14,3 МПа до 23,4 МПа
Замедлители твердения
Сахарная патока - меласса
0,1
Снижение прочности в возрасте 3 сут с 30,2 МПа до 20,3 МПа
Продолжение таблицы 4
1
2
3
4
Наименование дополнительно вводимой химической добавки
Вводимое вещество
Содержание введенного вещества, в процентах от массы цемента
Полученный результат
Снижающая проницаемость
ГКЖ-94
0,65
Увеличение марки по водонепроницаемости с W8 до W12
Повышающая защитные свойства по отношению к стальной арматуре
ИФХАН-80
2%
При испытании использовался щебень фракции 5-10 мм. Значение плотности тока пассивации стали изменилось с 12 mA/см до 20 mA/см, потенциала пассивации стали с минус 430 mV до минус 80 mV
Регулирующая процесс усадки и расширения (расширяющая добавка)
Гипс
6%
Расширение проверялось на растворной смеси (Ц:П=1:1; В/Ц=0,3). В образцах с добавкой гипса в возрасте 28 суток усадка отсутствовала, линейное расширение образцов А1 составило 0,4%
Противоморозная
Поташ
2,5
Прочность бетона, твердеющего при температуре минус 5 градусов в возрасте 28 сут, составила 41% контрольного состава нормального твердения.
Воздухоподавляющая (антивспениватель, пеногаситель)
Антивспениватель БА
0,1
Снижение объема воздуха в смеси с 2,3% до 1,5%.
Эксперимент показал возможность получения соответствующих эффектов действия химических добавок для бетона на бетон по ГОСТ 24211, используемых в составе добавки по изобретению при определенных (рабочих) ее дозировках.
Пример 15
На рынке присутствует множество полифункциональных добавок. Для снижения количества дозируемых компонентов в составе предлагаемой комплексной добавки и для получения дополнительного эффекта действия на бетон рационально использовать в качестве химической в сочетании с пластифицирующей сбалансированную полифункциональную добавку, выпускаемую промышленностью.
Для удобства и упрощения производства предлагаемая комплексная добавка может быть изготовлена с применением комплексных добавок, являющихся суперпластификаторами или менее эффективными пластифицирующими добавками и содержащими вещество или вещества, обеспечивающие получение дополнительных эффектов, например «Полипласт Nord» и «Криопласт СП15-2» - противоморозные добавки, серия добавок «Линамикс» - замедлители сроков схватывания бетона, «Реламикс-М» - ускоритель набора прочности.
Для подтверждения возможности использования готовой полифункциональной добавки в составе предлагаемого изобретения были изготовлены добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Добавка С3 содержит микрокремнезем - 18,0; пластифицирующую добавку - Суперпластификатор С-3 ЗАО «Владимирский ЖБК» (дозировка по сухому веществу) - 13,0; бентонитовую глину - 2,2; воду - 66,8.
Добавка МИКС содержит микрокремнезем - 18,0; пластифицирующую добавку «Реламикс-М» (дозировка по сухому веществу) - 13,0; бентонитовую глину - 2,2; воду - 66,8.
Для оценки влияния комплексной добавки на прочностные свойства бетона были изготовлены образцы бетона с комплексными добавками.
Использовался цемент ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», песчано-гравийная смесь (содержание гравия 50%) при водоцементном отношении 0,5 с дозировкой добавок 10% от массы цемента. Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие с добавкой С3, МПа: в возрасте 3 суток - 25,4, в возрасте 28 суток - 54,6. Прочность бетона на сжатие с добавкой МИКС, МПа: в возрасте 3 суток - 40,3, в возрасте 28 суток - 53,2. С полифункциональной добавкой получено повышение прочности в возрасте 3 суток на 59%. Следовательно, полифункциональная добавка в составе комплексной выполняет свои функции - позволяет получить в бетоне соответствующие эффекты. Результаты эксперимента в примере 15 и результаты других экспериментов, приведенные выше, показывают возможность и эффективность применения готовой полифункциональной добавки в составах предлагаемого изобретения.
Пример 16
В качестве химической добавки для бетона может использоваться, по крайней мере, одно вещество из группы, включающей гипс, поливинилацетат, кальцинированную соду, гипан, оксид магния, релаксол, смолу нейтрализованную, смолу древесную омыленную, гидратированный портландцемент, нитрит натрия, нитрат кальция, формиат натрия, поташ, соль муравьиной кислоты, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, полиспирты, сульфат натрия, сахарат кальция, олигомеры высших жирных кислот производства лапромола, роданид натрия, тиосульфат натрия, фосфат натрия, ацетат натрия, щелочную протеазу, силикат натрия, хлорид кальция, различные масла, соединения, содержащие серу, применяемые для увеличения плотности и прочности бетона.
Введение различных веществ в состав предлагаемой добавки позволяет изменить свойства цементных композитов. Например, добавка молотого гидратированного портлантцемента, как известно, позволяет увеличить скорость гидратации и получить высокую прочность в ранние сроки. С целью определения влияния различных веществ на свойства суспензии комплексной добавки и на свойства цементных композитов была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 15,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 7,5; бентонитовая глина - 2,9; вода - 74,6. Дополнительно в состав добавки вводились следующие вещества в количестве, указанном в скобках: гипс (10%+20% воды), поливинилацетат (1%), кальцинированная сода (2%), гипан (0,5%), оксид магния (3%), релаксол (5%), смола нейтрализованная (0,1%), смола древесная омыленная (0,3%), молотый гидратированный портлантцемент (5%), нитрит натрия (1,5%), нитрат кальция (1,9%), формиат натрия (3,4%), поташ (7%), формиат кальция (2,5%), натрийкарбоксиметилцеллюлоза (0,5%), сорбит (0,7%), сульфат натрия (1,3%), сахарат кальция (0,2%), лапромол 294 (0,1%), роданид натрия (3%), тиосульфат натрия (4%), фосфат натрия (1%), ацетат натрия (1,4%), щелочная протеаза (1%), силикат натрия (5%), хлорид кальция (3%), отработанное трансформаторное масло (0,2%), водорастворимая сера (5%). При введении каждого из названных выше веществ в состав добавки ее суспензия оставалась стабильной. Как показал эксперимент, применение в бетонной смеси комплексной добавки с соответствующим веществом позволило получить соответствующий эффект, например, добавка гидратированного портлантцемента позволила получить ускорение набора прочности, добавка сорбита действовала как замедлитель твердения, водорастворимая сера снизила проницаемость и повысила прочность бетона.
Пример 17
Применение смазывающей добавки снижает коэффициент трения, коэффициент скольжения и фильтрацию бурового раствора, а соответственно, и суспензии добавки. Флокулянт повышает вязкость, дефлокулянт обеспечивает пептизацию частиц и снижает вязкость. С целью определения влияния флокулянта, дефлокулянта и смазывающей добавки для буровых растворов на предлагаемую добавку была изготовлена суспензия добавки (базовый контрольный состав), содержащая следующие компоненты, мас.%: микрокремнезем - 10,0; пластифицирующую добавку «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовую глину - 4,5; воду - 81,5. При изготовлении состава, содержащего дополнительно добавку ЭКОС-Б-3 - в количестве 0,1% (вместо 0,1% пластифицирующей добавки, дозировка которой составила 3,9%), получено снижение поверхностного натяжения суспензии на 5% по сравнению с контрольным составом. При изготовлении состава, содержащего дополнительно флокулянт DK-drill на основе высокомолекулярного полиакриламида в количестве 0,3% (вместо 0,3% пластифицирующей добавки, дозировка которой составила 3,7%), получено увеличение количества флоккул на 4,8% по сравнению с контрольным составом. При изготовлении состава, содержащего дополнительно дефлокулянт Desco CF в количестве 0,3% (вместо 0,3% пластифицирующей добавки, дозировка которой составила 3,7%), получено снижение количества флоккул на 2,9% по сравнению с контрольным составом. Эксперимент показал соответствующее влияние флокулянта, дефлокулянта и смазывающей добавки для буровых растворов на предлагаемую добавку. Соответственно, за счет применения флокулянта и дефлокулянта в составе предлагаемого изобретения можно регулировать стабильность и вязкость суспензии добавки, а за счет смазывающей добавки сократить затраты мощности на перекачивание и снизить износ оборудования.
Пример 18
Применение пигмента позволяет осуществить объемное окрашивание цементных композитов. Рассмотрим возможность изготовления комплексной добавки с применением пигмента.
Были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов:
добавка БП, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 18,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; вода - 75,5;
добавка П, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 15,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; пиритные огарки (пигмент) - 7%; вода - 71,5.
3
С использованием цемента ЦEМ II/А-III 42,5Н производства ЗАО «Строительные материалы» г.Стерлитамак, песка с модулем крупности Мк 2,3 разных комплексных добавок и воды изготовлены строительные растворы при следующем расходе материалов, кг/м: цемент - 300; добавка - 43; вода - 220; песок - 1600.
Строительный раствор с добавкой БП имел серый цвет, строительный раствор с добавкой П имел красный цвет. Данное свойство может быть полезно, например, при устройстве облицовочной кладки из красного кирпича и необходимости выполнения швов кладки в красном цвете.
Пример 19
Стабилизирующая суспензию добавка обеспечивает диспергацию (снижение «слипания») твердых частичек. Как известно, чем мельче частицы, тем они более стабильны в составе суспензий. В предлагаемой добавке стабильность суспензии обеспечивается применением глинистых частиц, которые образуют коллоидный раствор и действуют несколько иначе, чем классический стабилизирующий компонент. Применение дополнительно с глиной классической стабилизирующей добавки должно дополнительно повысить стабильность суспензии. С целью подтверждения данного факта и определения оптимальных дозировок стабилизирующих добавок были изготовлены комплексные добавки для бетонов и строительных растворов: добавка БСТ, включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 10,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,0; бентонитовая глина - 2,5; вода - 83,5;
добавка СТ 1 получена путем добавления к добавке БСТ 0,01 мас.% нитрилотриметилфосфорной кислоты;
добавка СТ 2 получена путем добавления к добавке БСТ 0,05 мас.% нитрилотриметилфосфорной кислоты;
добавка СТ 3 получена путем добавления к добавке БСТ 2,0 мас.% нитрилотриметилфосфорной кислоты;
добавка СТ 4 получена путем добавления к добавке БСТ 10 мас.% нитрилотриметилфосфорной кислоты.
Эффективность стабилизирующих суспензию добавок оценивалась по стабильности суспензии (по относительному расслоению суспензий в стеклянной колбе после 1 суток хранения, методика приведена выше). Относительное расслоение добавки БСТ составило 5,5%. Относительное расслоение добавки СТ 1 составило 5,5%. Относительное расслоение добавки СТ 2 составило 4,9%. Относительное расслоение добавки СТ 3 составило 2,0%. Относительное расслоение добавки СТ 4 не зафиксировано. Все добавки, кроме добавки СТ 4, вытекали из цилиндра с отверстием диаметром 2,75 мм снизу, то есть имели невысокую вязкость. Проведенный эксперимент показал, что применение глины совместно со стабилизирующей добавкой повышает стабильность суспензии предлагаемого изобретения. В результате проведенного эксперимента определена оптимальная дозировка стабилизирующей добавки: 0,05-2%.
Пример 20
При использовании тонкодисперсных минеральных веществ (пуццолана и минеральная добавка) важно обеспечить диспергацию, пептизацию их частиц для повышения эффективности действия комплексной добавки в бетоне. Применение стадийного перемешивания, когда на первом этапе перемешивание осуществляется без глины, позволяет вести перемешивание при пониженной вязкости, что улучшает диспергацию частиц. Последующим добавлением глины или глинистого раствора вязкость доводится до рабочей.
С целью определения влияния различных способов изготовления предлагаемого изобретения на его эффективность в бетоне проведен эксперимент. Путем простого смешивания компонентов была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов (добавка 1), включающая приведенные ниже компоненты при следующем их соотношении, мас.%: микрокремнезем - 21,0; пластифицирующая добавка «Полипласт СП-1» (дозировка по сухому веществу) - 4,2; бентонитовая глина - 2,1; вода - 72,7.
При таком же соотношении компонентов была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов (добавка 2), бентонитовая глина была добавлена после 1 минуты перемешивания, затем перемешивание продолжалось еще в течение 1 минуты.
При таком же соотношении компонентов была изготовлена комплексная добавка для бетонов и строительных растворов (добавка 3) в турбулентном смесителе «НАВИГАТОР 150», бентонитовая глина была добавлена после 1 минуты перемешивания, затем перемешивание продолжалось еще в течение 1 минуты.
Часть полученной добавки 3 была подвергнута активации вращающимся электромагнитным полем с использованием СВЧ-генератора (частота 2,45 ГГц, мощность 1 кВт), в результате чего получена добавка 4.
Часть полученной добавки 2 обработана ультразвуком в течение 5 минут при частоте 20 кГц, в результате чего получена добавка 5.
Из суспензии (состав 2 по таблице 2) изготовлена добавка КСПБ по способу, взятому за прототип.
3
С использованием ПЦ-500-Д0 производства ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», песка с модулем крупности Мк 2,2 (карьер у с.Кабаково), гранитного щебеня фр. 5-20 мм (карьер у с.Малый Куйбас) и полученных разными способами комплексных добавок и воды изготовлены бетоны при следующем расходе материалов, кг/м: добавка 80 (21 для добавки КСПБ); цемент - 350; вода 130 (180 для добавки КСПБ); песок - 800; щебень - 1100.
Испытания проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток, МПа: состав с добавкой 1 - 60,1, состав с добавкой 2 - 65,9, состав с добавкой 3 - 68,4, состав с добавкой 4 - 70,2, состав с добавкой 5 - 70,9, состав с добавкой КСПБ - 57,2. Результаты экспериментов показывают эффективность предлагаемых способов изготовления добавки по изобретению в части повышения прочности бетонов и растворов с комплексной добавкой.
Предлагаемая комплексная добавка является принципиально новым видом органоминеральных добавок для бетона и раствора. Применение добавки по изобретению позволяет получать на растворобетонных узлах (в т.ч. устаревшей конструкции) долговечные бетоны повышенной прочности и высокопрочные бетоны на основе высокоподвижных бетонных смесей, легкие бетоны с использованием заполнителей для тяжелых бетонов, самоуплотняющиеся бетонные смеси.