БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ БЕЗУСАДОЧНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ РЕМОНТА БЕТОННЫХ ДОРОЖНЫХ, МОСТОВЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ
FAST-SETTING SHRINK-RESISTANT COMPOUND FOR REPAIR OF CONCRETE, ROAD, AIRDROMES PAVEMENTS AND BRIDGE FLOORS

Изобретение относится к области строительства, а именно строительных материалов на основе магнезиальных цементов, и может быть использовано при ремонте бетонных покрытий дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов.
Известен состав магнезиального вяжущего, применяемого для ремонта дорожных бетонных покрытий (RU, патент 2136623, 1999), содержащий каустический доломит, раствор кислых фосфатов алюминия и магния, а также хлорид магния и воду.
Недостатком известного состава следует признать его недостаточную прочность, а также низкую адгезию к сформированным бетонным конструкциям и покрытиям, что делает его практически непригодным для ремонтных работ.
Известен также состав сухой бетонной смеси, предназначенной для приготовления и ремонта железобетонных изделий (RU, заявка 93055230, 1993), содержащий связующее (портландцемент), наполнитель (щебень, песок) и органические компоненты (поливинилацетат и метилпиразол).
Недостатком известного состава следует признать его слабую адгезию к сформированным бетонным конструкциям и покрытиям, что делает его непригодным для ремонтных работ.
Известен (RU, патент 2263643) легкий композиционный материал, включающий цемент, песок, суперпластификатор на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом, воду, алюмосиликатные микросферы и сополимер винилацетат.
Недостатком известного состава следует признать его слабую адгезию к застывшему бетону и значительную усадку при твердении.
Известна (RU, патент 2276118) смесь для ремонта изделий из бетона, содержащая магнезиальное вяжущее, монозамещенный фосфат аммония, алюмосиликат, вспученный перлит, тетраборат натрия, наполнитель, органические компоненты и воду, причем в качестве органических компонентов - эфир целлюлозы и полимерные волокна.
Техническая задача, решаемая посредством предложенного изобретения, состоит в разработке быстротвердеющего безусадочного состава.
Технический результат, получаемый при реализации предложенного изобретения, состоит в повышение потребительской характеристики бетонных дорожных покрытий, а именно отсутствие неровностей покрытия в местах ремонта.
Для получения указанного технического результата предложено использовать быстротвердеющий безусадочный состав для ремонта бетонных дорожных, мостовых и аэродромных покрытий, содержащей фосфатно-магниевое вяжущее, тетраборат натрия и/или борную кислоту, целлюлозную и/или базальтовую микрофибру, наполнитель - песок и/или щебень и воду, причем содержание тетрабората натрия и/или борной кислоты составляет от 0,3 до 7,0% от массы вяжущего, содержание микрофибры - от 0 до 7,0% от массы вяжущего, содержание наполнителя от 0 до 150% от массы вяжущего, воды - от 0,1 до 0,2% массы вяжущего. Кроме того, смесь может содержать вспученный перлит в количестве от 0,1 до 5,0% от массы вяжущего. Фосфатно-магниевое вяжущее содержит, мас.%:
оксид магния
25-35
однозамещенный фосфат аммония и/или
однозамещенный фосфат натрия
15-25
полифосфат натрия
(от массы однозамещенных фосфатов)
1-30
шамот
35-50
Предпочтительно использовать базальтовую микрофибру наномодифицированную, на поверхности волокон которой сорбированы ультрадисперсные углеродные наночастицы с линейным размером порядка 50-100 нм в количестве 0,005-0,010% от массы волокон. В качестве наполнителя предпочтительно используют щебень гранитный фракции от 5,0 до 10 мм. Допустимо использование щебня гранитного фракции от 10,0 до 20,0 мм в количестве от 0 до 30% от массы щебня, фракции от 5,0 до 10,0 мм или песка в количестве не выше 30% от массы вяжущего. В зимнее время вода дополнительно может содержать антиморозную добавку - формиат натрия в количестве 10-20% или спирты (этиловый или изопропиловый).
Действие предложенной смеси основано на взаимодействии соединений магния, фосфатов и алюмосиликатов при затворении готовой смеси водой с образованием неорганического многомерного полимера, представляющего собой искусственный камень. При этом частицы наполнителя, также содержащие силикаты, участвуют в формировании указанного многомерного полимера, а соединение бора (тетраборат натрия) регулирует скорость полимеризации, определяя во многом прочность и адгезию получаемого искусственного камня. Наличие вспученного перлита позволяет равномерно распределить тетраборат натрия по всему объему смеси, при этом вспученный перлит дополнительно взаимодействует с соединением магния и фосфатами при образовании искусственного камня. Полифосфат натрия и базальтовая микрофибра наномодифицированная способствуют быстрому твердению и резкому набору прочности в первые и последующие часы использования ремонтного состава. Кроме того, полифосфат также способствует резкому увеличению адгезии рабочей смеси к бетонам металлов и неметаллов, к гидрофильным и гидрофобным поверхностям.
При реализации предложенной смеси желательно использовать полимерные (целлюлозные) волокна длиной не более 2 мм при толщине 15±5 мкм. Поскольку плотность всех известных полимерных волокон практически одинакова, то этой разницей можно пренебречь. Использование целлюлозных волокон позволяет получить наиболее прочный на сжатие и изгиб искусственный камень, используемый в качестве пломбы при ремонте бетонных покрытий и изделий.
Вид используемого наполнителя (щебень и/или песок) зависит от назначения производимого ремонта: при проведении штукатурных работ естественно будет использован песок, при заполнении полостей в бетонных блоках - щебень, а при ремонте взлетно-посадочных полос - смесь щебня с песком.
В любом из случаев реализации смеси при выходе за указанные количественные соотношения или не использовании хотя бы одного из указанных выше компонентов указанный технический результат не достигается.
При составлении сухой смеси обычно первоначально измельчают вещество, представляющее собой монолитный оксид магния, до размера 0,25 мм, затем примерно до того же размера измельчают остальные компоненты вяжущего. Затем тщательно перемешивают вспученный перлит, если он входит в состав смеси, и тетраборат натрия, добавляют остальные компоненты (без наполнителя) и тщательно перемешивают в отсутствии воды. К получаемому полуфабрикату смеси добавляют при перемешивании песок (размер песчинок, предпочтительно, менее 1,25 мм) и/или промытый и высушенный щебень. Для измельчения обычно используют шаровые мельницы, предпочтительно, с фарфоровыми шарами, а для перемешивания компонентов используют различные смесители, применяемые при производстве строительных материалов.
В дальнейшем сущность предложенного изобретения будет раскрыта с использованием примеров реализации.
1. Для определения прочностных характеристик искусственного камня, получаемого из смеси предложенного состава, были изготовлены образцы в форме параллелепипедов размером 0,04×0,04×0,16 м, при этом была использована сухая смесь, содержащая (кг):
оксид магния
35,0
смесь однозамещенных фосфатов
20,0
алюмосиликатный шамот
45,0
тетраборат натрия
5,0
вспученный перлит
1,4
песок
26,6
3
Подготовленную смесь затворили водой в количестве 14 дм, время схватывания составило 8 мин, адгезия к стали Ст3 6 МПа. Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
10,1 МПа
через 1 сутки
22,1 МПа
через 7 суток
34,9 МПа
через 28 суток
45,3 МПа.
2. Эксперимент был повторен по примеру 1, но вместо тетрабората натрия использовали борную кислоту в количестве 4,0 кг, кроме того дополнительно в качестве наполнителя использовали гранитный щебень фракции от 5,0 до 10 мм в количестве 4,4 кг.
3
Подготовленную смесь затворили водой в количестве 14 дм, время схватывания составило 9 мин, адгезия к стали Ст3 5,8 МПа.
Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
10,3 МПа
через 1 сутки
22,2 МПа
через 7 суток
35,1 МПа
через 28 суток
45,8 МПа
3. Эксперимент по примеру 1 был повторен, но с добавлением:
базальтовая микрофибра
0,3
целлюлозные волокна
0,3
3
Подготовленную смесь затворили водой в количестве 14 дм, время схватывания составило 5 мин, адгезия к стали Ст3 8 МПа.
Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
22,4 МПа
через 1 сутки
41,8 МПа
через 7 суток
46,3 МПа
через 28 суток
57,7 МПа
4. Эксперимент был повторен по примеру 3, но с добавлением полифосфата натрия в количестве 3,0 кг.
3
Подготовленную смесь затворили водой в количестве 14 дм, время схватывания составило 5 мин, адгезия к стали Ст3 12 МПа. Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
26,1 МПа
через 1 сутки
42,9 МПа
через 7 суток
49,7 МПа
через 28 суток
60,3 МПа
5. Эксперимент был повторен по примеру 4, но вместо целлюлозных волокон и базальтовой микрофибры использовали базальтовую микрофибру наномодифицированную в количестве 0,008 мас%.
3
Подготовленную смесь затворили водой с добавкой изопропилового спирта в количестве 12% об. При общем объеме жидкости 14 дм, время схватывания составило 7 мин, адгезия к стали Ст3 9 МПа.
Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
28,2 МПа
через 1 сутки
45,9 МПа
через 7 суток
51,7 МПа
через 28 суток
64,3 МПа
6. Эксперимент был повторен по примеру 2, но с добавлением полифосфата натрия в количестве 3,0 кг.
3
Подготовленную смесь затворили водой в количестве 14 дм, время схватывания составило 5 мин, адгезия к стали Ст3 12 МПа.
Прочность образцов на сжатие составила:
через 2 часа
21,2 МПа
через 1 сутки
43,4 МПа
через 7 суток
50,7 МПа
через 28 суток
61,3 МПа
7. Эксперимент был повторен по примеру 5, но с заменой изопропилового спирта на раствор формиата натрия концентрацией 10-20%.
Результаты практически не изменились.