ГИБРИДНАЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА
HYBRID ORGANOMINERAL ADDITIVE

Изобретение относится к комплексным органоминеральным добавкам к портландцементу. Добавка позволяет экономить до 30-40% клинкерной части цемента. Может найти применение в изготовлении бетонных и железобетонных изделий, цементов, растворов и сухих смесей, изготавливаемых на основе портландцемента.
Известен комплексный модификатор бетона (Патент РФ №2288197, МПК C04B 22/00, C04B 103/14. Опубл. 27.11.2006 г.), содержащий дисперсный минеральный компонент, включающий горную породу или ее смесь с золой-уноса и/или с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, и пластифицирующую добавку, дисперсный минеральный компонент в качестве горной породы включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс, и модификатор может дополнительно включать гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %:
дисперсный минеральный компонент
80-98
пластифицирующая добавка
2-20
гидроксид кальция
0-10
которое обеспечивает наличие в модификаторе следующих оксидов при следующем содержании, мас. %:
SiO<sub>2</sub>
20-66
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
4-27
SO<sub>3</sub>
4-26
СаО
3-22
H<sub>2</sub>O
3-12
Недостатками указанного комплексного модификатора являются высокая дозировка пластифицирующей добавки, что ведет к удорожанию продукта, малая степень замещения портландцемента.
Известен органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов и способ его получения (Патент РФ №2382004, МПК C04B 22/06, C04B 24/16, C04B 103/30, C04B 103/60. Опубл. 20.02.2010 г.), в состав которого входит дисперсный минеральный компонент, включающий высокодисперсную активную пуццолановую добавку на основе кремнезема, не содержащий кремнезем и не обладающий пуццолановой активностью микронаполнитель и пластифицирующую добавку, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
высокодисперсная активная пуццолановая
добавка на основе кремнезема
25-51
не содержащий кремнезем и не обладающий пуццолановой активностью
микронаполнитель
40-60
пластифицирующая добавка
5-20
Недостатками органоминерального модификатора такого состава являются: малая экономия вяжущего в составе бетонной смеси, высокая удельная поверхность минеральных компонентов модификатора, большая доза суперпластификатора, а также достаточно высокое водоцементное соотношение бетонных растворов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов (Патент РФ №2476395, МПК C04B 24/16, C04B 18/18, C04B 20/00, C04B 103/32. Опубл. 27.02.2013 г.), включающий кремнеземсодержащий компонент и суперпластификатор на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия, дополнительно содержит отходы производства цемента - цементную пыль, обладающую гидратационной активностью, и отход сахарного производства - патоку как дополнительную пластифицирующую добавку и для стабилизации образующихся гидросиликатов кальция, а в качестве кремнеземсодержащего компонента используют микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас. %:
патока
0,3-6
отход производства цемента – цементная
пыль
51-88,3
суперпластификатор на основе
полиметиленнафталинсульфонатов натрия
1,4-8
микрокремнезем
10-35
Недостатком этого органоминерального модификатора является достаточная низкая степень замены цемента комплексной добавкой - 5%.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава гибридного органоминерального модификатора, введение которого обеспечивает экономию портландцемента, высокие прочностные и эксплуатационные характеристики бетонных и железобетонных изделий при любых условиях твердения.
Поставленная техническая задача решается таким образом, что гибридная органоминеральная добавка содержит оптимально подобранный состав, содержащий в качестве минерального компонента смесь, состоящую из метакаолина, трепела и кислой золы-уноса, а в качестве химической добавки - гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе Pantarhit PC 160 Plv или нафталинформальдегидный суперпластификатор - СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
метакаолин
19-20
трепел
6-9,5
кислая зола-унос
70-73
Pantarhit РС160 Plv (СП-1)
1-1,5 (1-1,5)
2
2
3
2
3
2
2
3
2
3
3
2
2
2
2
3
2
3
3
Для изготовления гибридной органоминеральной добавки в портландцемент использовались следующие материалы: магнитогорский метакаолин ВМК-47 ООО «Синерго» (ТУ 572901-001-65767184-2010), имеющий в своем составе, вес. %: SiO 54,1; AlO 44,8; FeO 0,1; трепел месторождения «Мурачевская гора» Калужской области), имеющий в своем составе, вес. %: CaO 1,43; SiO 86,0; AlO 7,14; FeO 3,3; MgO 0,83; SO 0,01; NaO 0,89; TiO 0,39; ZrO 0,01; зола-унос Троицкой ГРЭС (ТУ 5712-001-76851389-2009), имеющая в своем составе, вес. %: СаО 1,4; SiO 56,5; AlO 33,5; FeO 4,52; MgO 1,12; SO 0,2; MnO 0,14; порошкообразный гиперпластификатор Pantarhit PC160 Plv (EN 934-2:2009), порошкообразный нафталинформальдегидный суперпластификатор СП-1 (производства ОАО «Полипласт», ТУ 5870-005-58042865-2005).
Получение гибридной органоминеральной добавки включает смешение минеральных компонентов отдельно либо с пластификатором в механическом (шнековом, лопастном или др.) смесителе до полной гомогенизации компонентов. Пластификатор для достижения лучшей подвижности бетонной смеси может также вводится с водой затворения на стадии приготовления бетонных и растворных смесей.
3
Полученную гибридную органоминеральную добавку вводили в количестве 30-40% от массы портландцемента для приготовления бетонной смеси состава (кг/м): цемент - 490, песок с модулем крупности 2,7 - 685, щебень - 1200, вода - до подвижности П2. Пластификатор вводился вместе с водой затворения. Подвижность бетона определяли по ГОСТ 10181.1, прочность бетона при различных условиях хранения - по результатам образцов - кубов 10×10×10 см по ГОСТ 10180, морозостойкость - по результатам образцов - кубов 10×10×10 см по ГОСТ 10060.
Испытания на прочность проводили после тепловлажностной обработки по режиму (2+4+6+2) и в возрасте 28 суток. Морозостойкость определяли в возрасте 28 суток.
Состав гибридной органоминеральной добавки представлен в табл. 1.
Составы бетонов и результаты механических испытаний приведены в табл. 2.
Данные, представленные в табл. 2, иллюстрируют примеры получения гибридной органоминеральной добавки в бетоны, твердеющие как в нормальных условиях, так и подвергнутые тепловлажностной обработке.
Проведенные исследования влияния гибридной добавки на свойства получаемых бетонов показали возможность замены 30-40% портландцемента. При этом введение гибридной добавки в таком диапазоне позволяет увеличить прочность бетонов на сжатие в среднем на 5-50%, плотности и морозостойкости по сравнению с контрольным образцом. Согласно данным табл. наиболее оптимальным стоит считать составы №3, 4 с применением поликарбоксилатного суперпластификатора. Вместе с этим, применение суперпластификатора СП-1 позволяет сэкономить 30-40% портландцемента без уменьшения физико-механических характеристик.
Приведенные примеры не исчерпывают всех возможных вариантов получения гибридной органоминеральной добавки по данной заявке и не полностью раскрывают технический потенциал гибридной добавки при использований его в бетонах, растворах, сухих смесях, однако, наглядно демонстрируют возможности, обеспечиваемые введением данной гибридной добавки, а также экономию портландцемента.