ПЛАСТИФИКАТОР ДЛЯ ТОВАРНЫХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
PLASTICISER FOR READY-MIXED CONCRETE MIXTURES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к промышленности стройматериалов, в частности к составам добавок для бетонов и растворов на основе портландцемента.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известно, что наиболее эффективными добавками для товарных бетонных смесей и строительных растворов являются добавки, сочетающие пластифицирующие и воздухововлекающие свойства (например, А.И. Вовк. Влияние конкурентной адсорбции на действие воздухововлекающих добавок в присутствии суперпластификаторов // Цемент и его применение, №6, 2014, с 104-109). Пластификация смеси обеспечивает необходимый уровень прочности, непроницаемости и требуемые реологические характеристики, воздухововлечение - морозостойкость. Поскольку влияние пластификации и воздухововлечения на свойства бетона, в основном, противоположно, параметры бетона и, в конечном итоге, его долговечность в значительной мере определяются выбором веществ, обеспечивающих пластификацию и воздухововлечение и их материальным балансом относительно цемента.
В качестве пластифицирующих в товарных бетонных смесях применяются, в основном, добавки на основе поликарбоксилатов и их эфиров и сульфированных нафталин/меламин формальдегидов (П.И. Юхневский. Влияние химической основы добавок на свойства бетонов. Минск, БИТУ, 2013). Известны добавки на основе поликарбоксилатов, например, Cerulli et al. Zero Slump - Loss Superplasticizer, раскрытые в US 5362324 А, опубл. 08.11.1994. Добавки сочетают пластифицирующее и воздухововлекающее действие, не снижают долговечности, но имеют низкое время сохраняемости подвижности и высокую стоимость, что ограничивает их применение в рядовых товарных смесях.
Сульфонафталин/меламин формальдегиды приемлемы по цене, но требуют дополнительно введения воздухововлекающего компонента. Требованиям цены отвечают отходы переработки древесины - смола нейтрализованная воздухововлекающая и технические лигносульфонаты. Известна добавка на основе сульфонафталинформальдегида в сочетании с лигносульфонатом, раскрытая в RU 2262490 С2, опубл. 20.10.2005. Общим недостатком добавок на основе сульфированных формальдегидов является снижение долговечности бетонов - по некоторым данным - в шесть раз по сравнению с бетоном без добавки. По видимому, это связано с возможностью образования свободной сильной кислоты, разрушающей цементный камень в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является добавка, раскрытая в RU 2464246 С1, опубл. 20.10.2012, содержащая динатриевую соль гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты в качестве модификатора прочности и полиэтиленгликольнонилфенилэфир в качестве воздухововлекающего компонента (прототип). Добавка обеспечивает увеличение долговечности по сравнению с бетоном без добавки, но не имеет пластифицирующих свойств, достаточных для обеспечения реологии товарных бетонных смесей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка пластификатора для товарных бетонных смесей, позволяющего увеличить подвижность, водоредуцирование и время сохраняемости бетонной смеси, а также водонепроницаемость бетона.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение подвижности, водоредуцирования, времени сохраняемости бетонной смеси и водонепроницаемости бетона.
Пластификатор для товарных бетонных смесей содержит динатрийгидроксиэтилидендифосфонат и лигносульфонат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: динатрийгидроксиэтилидендифосфонат - 30-35, лигносульфонат натрия 65-70.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принцип действия пластификатора заключается в следующем. В силу химического состава и энергетических свойств ионного состава водного раствора, динатрийгидроксиэтилендифосфонат и лигносульфонат натрия являются комплексообразователями и пептизаторами цементных минералов. Процесс начала кристаллообразования цемента без добавки связан с резким увеличением плотности в локальных областях образования зародышей. Вокруг этих областей возникает напряженно-деформированное состояние системы, когда в центре кристаллообразования образуется состояние всестороннего сжатия, а вокруг этой области - состояние разряжения, что приводит к локальному разрушению формирующейся матрицы. Таким образом, вся структура подвергается энергетическим градиентам, что приводит от образования микродефектов к их росту в макродефекты. При наличии в смеси добавки она притягивается к месту зародышеобразования благодаря возникшим энергетическим флуктуациям и сорбируется на нем. Образуется растворимый комплекс, разрушающий зародыш. Благодаря этому происходит снижение градиентов и однородное отвердевание цементного камня. Увеличение заряда поверхности образующихся комплексов по сравнению с цементом без добавки приводит к пептизации цементных агломератов с высвобождением заключенной в них воды и к уменьшению вязкости из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц твердой фазы - к увеличению пластификации и водоредуцированию. Дозировка должна соответствовать количеству необходимых комплексов, т.е. пропорциональна массе цемента. При ее превышении процесс подавления образования кристаллов продолжается недопустимое время.
Авторами установлено, что применение динатриевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты в дозировке к цементу 0,014-0,016 мас. %, в сочетании с лигносульфонатом натрия в качестве воздухововлекающего компонента увеличивает пластифицирующие свойства добавки до необходимого уровня. В этом сочетании достаточно 0,036%-0,038% лигносульфоната от веса цемента для достижения необходимого пластифицирующего эффекта. В известных случаях лигносульфонат натрия применяется в гораздо больших дозировках и приводит к замедлению набора прочности. Таким образом, установлено, что действующие вещества обладают синергизмом, и при установленных дозировках не оказывают заметного замедления темпов набора прочности бетона.
Заявленный пластификатор получают следующим образом. В смеситель сухого смешивания последовательно загружаются рецептурные количества динатрийгидроксиэтилендифосфоната и лигносульфоната натрия. Производится смешивание.
Для ускорения распределения пластификатора в бетонной смеси возможно его применение в виде предварительно изготовленного водного раствора концентрацией до 5%. Пятипроцентный раствор вводят в бетонную смесь в количестве 0,5-1% от содержания цемента в смеси.
3
В таблицах приведены результаты испытаний пластификатора в бетонных смесях на цементах разного состава при введении 1% (0,05% пластификатора от веса цемента) раствора пластификатора заявленного состава от веса цемента. В таблице 1 – результаты определения времени сохраняемости подвижности растворной смеси на цементе ЦЕМ I 42,5Н ООО «Староцементный завод» с пластификатором и без него. В таблице 2 – результаты испытаний подвижности, прочности и водонепроницаемости стандартного раствора по ГОСТ 30459-2008 с использованием цемента ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Мордовцемент», песок Мкр 2,8. В таблице 3 – оценка водонепроницаемости и по ГОСТ 12730.5, а также сопротивление бетона проникновению воздуха. Состав бетона: содержание цемента ЦЕМ II/А-П 32,5Н (20% опоки) производства ОАО «Мордовцемент» 350 кг/м, песок Мкр 2,1, щебень фр 5-20, отношение песок/щебень 0,4, класс по подвижности П2.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить пластификатор, позволяющий увеличить подвижность, водоредуцирование, повысить время сохраняемости бетонной смеси и снизить водопроницаемость бетона.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.