КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА В БЕТОННЫЕ СМЕСИ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETE AND WATER MORTARS

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонных смесей и строительных растворов.
Для обеспечения пластичности бетонных смесей и строительных растворов в их состав вводится излишек воды, который способствует водоотделению и расслоению твердых компонентов, а как следствие, к снижению прочности, морозостойкости и других характеристик бетонов. Для регулирования количества воды затворения в состав бетонов и строительных растворов вводят добавки, имеющие пластифицирующие и водопонижающие эффекты, способные ускорять процессы структурообразования и твердения, при этом обеспечивать получение бетонных смесей и строительных растворов с заданными характеристиками.
6
Известна комплексная добавка в бетонные смеси (патент Украины №23457, МПК С04 В 13/24, опубл. 31.08.1998), содержащая смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и органический компонент. Известная добавка дополнительно содержит сульфат натрия, а как органический компонент - мелассную упаренную послеспиртовую барду при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия - 20-60, сульфат натрия - 10-15, мелассная упаренная послеспиртовая барда - 30-65.
Недостатком известной комплексной добавки является повышенное содержание (30-65%) в ее составе органического компонента в виде упаренной послеспиртовой барды, которая относится к пластификаторам средней эффективности. Вследствие этого известная добавка не позволяет максимально сократить количество воды.
5
2
6
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является комплексная добавка для бетонной смеси, (а.с. СССР №1733422, МПК С04В 28/02, С04В 28/02//24:04, 24:18, опубл. 15.05.92), содержащая смесь балластных солей на основе тиосульфата и роданида натрия, а также технические лигносульфонаты в количестве 9-13%. Добавка содержит дополнительный органический компонент - дикарбоновую кислоту из группы щавелевой, плава дикарбоновых кислот фракции С-С и пимелиновую в количестве 3-5%.
В составе указанной комплексной добавки концентрация органического компонента уменьшена до 12-18% без потери пластических характеристик строительных смесей на основе цемента.
Однако добавление дикарбоновой кислоты способствует замедлению гидратации цемента, особенно на ранних стадиях твердения, и не позволяет максимально снизить содержание воды в бетоне. Поэтому дополнительно используют лигносульфонаты технические, которые способствуют повышению пластичности бетонной смеси, но замедляют структурообразование в раннем периоде твердения, и не обеспечивают повышения прочности, а также морозостойкости бетонов и строительных растворов.
В основу изобретения поставлена задача создания комплексной добавки в бетонные смеси и строительные растворы путем выведения менее эффективного пластифицирующего компонента и введение в состав новых компонентов, обеспечивающих повышение как пластических характеристик бетонных растворов, так и прочностных, а также морозостойкости бетонов.
Поставленная задача решается так, что комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая смесь солей на основе тиосульфата и роданида натрия и лигносульфонатов, соответственно изобретению дополнительно включает поликарбоксилаты и кремнийорганическую жидкость в следующих соотношениях компонентов, мас.%:
лигносульфонаты технические
5-29
поликарбоксилаты
20-70
кремнийорганическая жидкость
0,01-1,0
смесь солей на основе тиосульфата и
роданида натрия
остальное.
Смесь солей на основе тиосульфата и роданида натрия за счет интенсификации гидратационных процессов способствует повышению растворимости минералов цемента и оптимизирует соотношение между гелевой и капиллярной пористостью бетона, в результате чего ускоряются процессы твердения, а также повышаются прочность и морозостойкость бетона. Поэтому заявляемая комплексная добавка обеспечивает повышение прочности бетона. Кроме того, кремнийорганическая жидкость в присутствии указанной смеси солей превращается в гель, уплотняя микроструктуру твердеющей системы, дополнительно усиливает гидратационную активность силикатсодержащих минералов портландцемента, вступает в реакцию с гидролизной известью с образованием тоберморитоподобных гидросиликатов кальция с волокнистой морфологией. Подобная микроструктура обеспечивает не только повышенную прочность при сжатии, но и при изгибе и, как следствие, способствует увеличению трещиностойкости и морозостойкости.
Лигносульфонаты технические характеризуются пластифицирующими свойствами. Они снижают поверхностное натяжение на границе вода-цемент за счет адсорбирования на частицах цемента с образованием тонкого слоя молекул.
Поликарбоксилаты повышают влияние лигносульфонатов технических, обеспечивают более полное и равномерное растекание воды на поверхности цементных частиц, включая микротрещинки, и исполняют роль смазки. Слой воды с лигносульфонатами техническими и поликарбоксилатами уменьшает сцепление между частицами цемента, что проявляется как пластифицирование бетонной смеси (повышение ее подвижности). Взаимодействие указанных двух пластификаторов в строительных растворах диспергирует частицы цемента, что способствует полноте массового обмена между реагирующими компонентами. Кроме того, указанные пластификаторы оказывают модифицирующее влияние на форму роста формирующихся кристаллов цементного камня.
Введением комплекса пластификаторов, который состоит из лигносульфонатов технических и поликарбоксилатов в смеси солей на основе тиосульфата и роданида натрия, гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости, достигается балансирование между пластичностью и водопотребностью бетонной смеси, в результате чего обеспечивается увеличение подвижности бетонной растворной смеси и сохранение ее в течение более длительного времени, повышение прочности и морозостойкости бетона.
Оптимальное соотношение компонентов в составе добавки установлено экспериментально.
При увеличении или уменьшении указанного количества пластификаторов - лигносульфонатов технических и поликарбоксилатов, а также гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости в составе добавки снижаются прочность и морозостойкость бетона.
Исключение смеси солей на основе тиосульфата и роданида натрия из состава добавки (то есть нижняя граница их содержания в составе заявляемой добавки равняется 0%) приводит к отдалению срока схватывания, замедлению интенсивности твердения бетона и снижению морозостойкости и конечной прочности. Однако в жаркий период года для товарного бетона отдаление срока схватывания бетонного раствора до времени, необходимого для доставки его на объект строительства, очень актуально. Кроме того, отдаление срока схватывания растворной бетонной смеси актуально и для строительства крупных монолитных конструкций гидротехнических сооружений.
Необходимо дополнить, что такие пластификаторы, как лигносульфонаты технические, можно дополнять или заменять в составе добавки такими аналогами, как глюконаты и тому подобные вещества, в количествах от 5 до 20% (мас.).
Повышение содержания смеси солей на основе тиосульфата и роданида натрия в составе добавки выше заявляемой границы приводит к снижению ее пластифицирующего влияния.
Введение поликарбоксилатов позволяет уменьшать содержание пластификаторов средней эффективности - лигносульфонатов технических, повышать эффективность влияния заявляемой добавки на бетонные смеси и строительные растворы и расширять области ее применения.
Уменьшение количества кремнийорганической жидкости в составе добавки ниже заявляемых пределов снижает прочность, морозостойкость и живучесть бетона, а увеличение значительно замедляет раннее структурообразование. Заявляемую комплексную добавку приготавливают следующим способом.
Добавку приготавливают путем дозирования и смешивания смеси солей на основе тиосульфата и роданида натрия, лигносульфонатов технических, поликарбоксилатов и кремнийорганической жидкости в границах заявляемых количеств. Компоненты смешивают и дозируют в соответствующую тару.
Пример
Для исследования свойств заявляемой добавки приготовлена бетонная смесь, содержащая: 1 часть цемента марки ШПЦ-III/А-400 (Криворожского цементного завода); 1,9 части песка с размерным модулем 1,48; 2 части щебня фракции 5-10; 3 части щебня фракции 10-20; 0,43 части воды.
Заявляемую добавку добавляли в бетонную смесь вместе с водой затворения в количестве 0,4 - 1,5% от массы цемента. Подвижность бетонной смеси определяли по ГОСТ 10181-2000.
Из бетонной смеси готовили образцы бетона, твердеющие в нормальных термовлажностных условиях, для испытаний на прочность и морозостойкость. Прочность образцов определяли соответственно по ГОСТ 18105-86, а морозостойкость - ГОСТ 10060.0-95. Были испытаны бетонные смеси, содержащие добавку как с заявляемым соотношением компонентов, так и с запредельными их количественными соотношениями. Были также испытаны бетонные образцы, изготовленные в соответствии с составом, указанным в известном решении (прототип), твердевшие в нормальных термовлажностных условиях.
Составы комплексных добавок по известному и заявляемому решениям, а также физико-механические характеристики бетонных образцов представлены в таблице 1.
Из таблицы следует, что заявляемая комплексная добавка обеспечивает повышение пластичности, прочности и морозостойкости бетонов (опыты №3-10), а при превышении или снижении граничного содержания компонентов в составе добавки снижается прочность и морозостойкость бетона (опыты №2, 11).
Предлагаемый состав компонентов позволяет получить новую высокоэффективную комплексную добавку, обеспечивающую увеличение подвижности бетонной, растворной смеси и сохранение ее в течение более длительного времени, повышение прочности и морозостойкости бетона.