НАПОЛНИТЕЛЬ-ПЛАСТИФИКАТОР ДЛЯ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТНЫХ ВЯЖУЩИХ
AGGREGATE-PLASTICISER FOR CEMENT BINDER-BASED MIXTURES

Изобретение - наполнитель-пластификтор для смесей на основе цементных вяжущих - относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных и растворных смесей на основе цементных вяжущих. Изобретение может быть использовано как компонент в сухих и бетонных смесях. Наполнитель-пластификатор включает в себя минеральный носитель - тонкомолотый известняк, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):
- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,
- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,
- лигносульфонат - 0,005-15%,
- абиетат натрия - 0,0005-5%,
- вода - остальное.
Рекомендуемый состав наполнителя-пластификатора в готовом виде:
- тонкомолотый известняк - 95,49%,
- поликарбоксилатный эфир - 2,14%,
- лигносульфонат - 1,22%,
- абиетат натрия - 0,17%
- вода - остальное,
при содержании наполнителя-пластификатора 4-6% от массы цемента.
Технический результат:
- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,
- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),
- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,
- увеличение водонепроницаемости бетона,
- увеличение морозостойкости бетона,
- увеличение сульфатостойкости бетона.
Изобретение относится к производству цементных бетонов как общестроительных, так и для ответственных объектов промышленного и транспортного строительства повышенной долговечности.
Известен минеральный наполнитель в виде тонкомолотого кварцевого песка, в результате введения которого возрастает прочность цементной композиции [1]. Недостатком полученного состава является низкая морозостойкость бетона.
3
3
2
Известен состав, включающий минеральный носитель - карбонатный шлам (побочный продукт водоумягчения на ТЭС), состоящий из 90-95% CaCO и 5-10% Fe(OH) с удельной поверхностью твердых частиц 5-7 тыс. см/г [2]. Положительным эффектом этого состава является повышение прочности бетона на сжатие. Недостатком является повышенная водопотребность смеси, что способствует в процессе твердения образованию более пористой структуры цементного камня и, как следствие, пониженной морозостойкости.
2
Наиболее близким по составу и технической сути является комплексный модификатор к цементному бетону, в котором в качестве минерального носителя использован карбонатный шлам водоумягчения ТЭС, с удельной поверхностью частиц основного минерала - карбоната кальция - 10000 см/г, а в качестве водоредуцирующего поверхностно-активного компонента - поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, масс.%: карбонатный шлам - 99,5, поликарбоксилатный эфир - 0,5, при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента [3]. Принят за прототип. Достоинством этого комплексного модификатора является повышение прочности и морозостойкости бетона. Недостатком является недостаточно высокая морозостойкость бетона, при которой нельзя осуществлять строительство ответственных транспортных, промышленных, и других сооружений.
Сущностью изобретения является повышение качества бетонной смеси.
Технический результат:
- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,
- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),
- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,
- увеличение водонепроницаемости бетона,
- увеличение морозостойкости бетона,
- увеличение сульфатостойкости бетона.
2
Технический результат достигается тем, что в наполнителе-пластификторе для смесей на основе цементных вяжущих, содержащем тонкомолотый известняк в качестве минерального носителя и поликарбоксилатный эфир в качестве пластификатора, особенностью является то, что он содержит тонкомолотый известняк с удельной поверхностью частиц 1000-4000 см/г в качестве минерального носителя, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):
- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,
- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,
- лигносульфонат - 0,005-15%,
- абиетат натрия - 0,0005-5%,
- вода - остальное.
Производство наполнителя-пластификатора на твердом носителе осуществляют методом адсорбции из раствора необходимых составляющих.
Наполнитель-пластификатор, при применении в растворных и бетонных смесях, создает сильный пластифицирующий эффект, формирует равномерную структуру раствора и бетона, обеспечивает производство бетона высокой прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и химической стойкости.
Введение наполнителя-пластификатора в смеси на основе цемента приводит, при твердении, к образованию гидросиликатов кальция с содержанием в них нанопор, при этом не ухудшаются условия последующей гидратации цемента. При последующем действии нагрузки, а так же факторов внешней среды, свободная вода не извлекается из нанопор и способствует гидратации.
Использование наполнителя-пластификатора в бетонных смесях, позволяет достигать высокой подвижности до П4-П5, увеличения прочности отвердевшего бетона на 65% и более (в т.ч. в возрасте 1 сут нормального твердения - на 75-80%), высокой морозостойкости отвердевшего бетона F300* в солях, уменьшения растворо- и водоотделения бетонной смеси более чем в 2 раза, увеличения водонепроницаемости бетона и существенного увеличения его коррозионной стойкости.
кр
кр
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. При оценке увеличения подвижности, прочности, снижения раствороотделения, водоотделения, проницаемости для приготовления бетонных смесей использовали: портландцемент ЦЕМ I 42,5 H, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М=2,15, наполнитель-пластификатор. При оценке морозостойкости и сульфатостойкости для приготовления бетонной смеси использовали: портландцемент 500-Д0-Н, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М=2,59, наполнитель-пластификатор. Приготовление образцов, испытания, оценка эффективности проводились по стандартным методикам. Ниже, в таблицах, приведены данные о составах и свойствах бетонных смесей, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Таблица 1
Оценка увеличения подвижности бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ
Расчетный состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
КС
РСМ
Цемент
350
Щебень
1050
Песок
780
Вода
165
Наполнитель-пластификатор
-
20,3
Расчетные характеристики бетонной смеси
Об. вес б. смеси, кг/м<sup>3</sup>
2345
В/Ц
0,47
Фактический состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
Цемент
352
347
Щебень
1056
1040
Песок
785
772
Вода
166
163
Наполнитель-пластификатор
-
20,1
Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см
2
18
Увеличение/снижение подвижности
П1
с П1 до П4
Об. вес бетона, т/м<sup>3</sup>
2,36
2,34
R<sub>1 сут</sub>, МПа
15,8
17,5
R<sub>3 сут</sub>, МПа
29,5
36,9
R<sub>28 сут</sub>, МПа
56,8
61,6
Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, %
1 сутки
плюс 10,8
3 суток
плюс 25,1
28 суток
плюс 8,5
Таблица 2
Оценка увеличения прочности бетона на сжатие при введении наполнителя-пластификатора РСМ
Расчетный состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
КС
РСМ
Цемент
350
Щебень
1050
Песок
780
Вода
165
Наполнитель-пластификатор
-
20,3
Расчетные характеристики бетонной смеси
Об. вес б. смеси, кг/м<sup>3</sup>
2365
ОК, см
10-15
Фактический состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
Цемент
341
352
Щебень
1039
1074
Песок
760
785
Вода
185
138
Наполнитель-пластификатор
-
20,4
Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см
15
17
Об. вес б. смеси, т/м<sup>3</sup>
2,33
2,37
Об. вес бетона, т/м<sup>3</sup>
2,36
2,41
R<sub>1 сут</sub>, МПа
9,2
16,2
R<sub>3 сут</sub>, МПа
15,8
27,3
R<sub>28 сут</sub>, МПа
35,6
61,1
Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, %
1 сутки
плюс 76,1
3 суток
плюс 72,8
28 суток
плюс 71,6
Таблица 3
Оценка снижения растворо- и водоотделения бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ
Расчетный состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
КС
РСМ
Цемент
356
Щебень
962
Песок
798
Наполнитель-пластификатор
-
20,6
Проектные характеристики бетонной смеси
ОК, см
более 21
Фактический состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
Цемент
350
354
Щебень
961
972
Песок
786
795
Вода
223
153
Наполнитель-пластификатор
-
20,6
Результаты испытаний бетонной смеси
ОК, см
23
27
Показатель
13,7
7
раствороотделения П<sub>р</sub>, %
Показатель водоотделения П<sub>в</sub>, %
1,2
0,05
Таблица 4
Оценка увеличения водонепроницаемости бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ
Состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
КС
РСМ
Цемент
341
350
Щебень
1039
1067
Песок
760
780
Вода
185
137
Наполнитель-пластификатор
-
20,6
Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см
15
15
Марка бетона по водонепроницаемости
W6
W12
Таблица 5
Испытание на морозостойкость и сулъфатостойкость бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ
Состав бетонной смеси на 1 м<sup>3</sup>, кг
РСМ
Цемент
396
Щебень
1087
Песок
722
Вода
163
Наполнитель-пластификатор
24,3
Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см
21
R<sub>28 сут</sub>, МПа
52,1
Марка бетона по водонепроницаемости
W20
Марка бетона по морозостойкости
F300* (в солях)
Коэффициент стойкости бетона при сжатии после 1 года выдерживания в 5%-ном растворе сульфата натрия
0,99
Литература
1. Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве / В.И. Соломатов, А.Н. Бобрышев, К.Г. Химмлер. - М.: Стройиздат, 1988, - 198 с.
2. А.с. №709593. Сырьевая смесь для получения керамзитобетона / А.А. Новопашин, С.Ф. Коренькова [и др.] - Опубл. 1979
3. Патент RU 2360877.