КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОНОВ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETES AND MORTARS

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам добавок, используемых при производстве сборного железобетона и товарного бетона.
При промышленном производстве сборного железобетона и товарного бетона широко применяются различные добавки. Реологические характеристики бетонных смесей регулируют с помощью добавок пластифицирующего действия (пластификаторов и суперпластификаторов согласно определению ГОСТ 24211-2008). За счет их применения получают бетонные смеси с высокой удобоукладываемостью или бетоны повышенной прочности с нормальной удобоукладываемостью. Литые бетонные смеси с суперпластификаторами легко укладываются даже в густоармированные конструкции, а в технологии сборного железобетона применение суперпластификаторов позволяет получать бетоны с высокой ранней прочностью.
Для повышения удобоукладываемости бетонных смесей широко используют добавки на основе лигносульфонатов [Добавки в бетон: Справочное пособие / B.C. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др. Под редакцией B.C. Рамачандрана. Пер. с англ. Т.И. Розенберг и С.А. Болдырева. М.: Стройиздат, 1988 г. - 575 с]. Применение лигносульфонатов позволяет получать бетонные смеси с высокой удобообрабатываемостью и простотой укладки, однако недостатками таких добавок являются невысокие прочностные показатели и высокая усадка бетона.
Частично указанные недостатки устранены в комплексной добавке [Патент РФ №2333172 «Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов "Реламикс-М"»], в состав которой входят суперпластификатор, лигносульфонаты технические (ЛСТ) и поташ, при этом она дополнительно содержит формиат натрия при следующем соотношении компонентов (на сухое вещество), мас.%: суперпластификатор 41-60; ЛСТ 0,3-0,4; поташ 5-40; формиат натрия 30-40. В качестве суперпластификатора может быть использован С-3 или Полипласт СП-1. Добавка обладает высокой пластифицирующей способностью и не снижает прочностные показатели бетонов при неизменном В/Ц-отношении. Недостатком такой добавки является быстрая потеря подвижности бетонных смесей и ухудшение деформативных характеристик бетонов, таких как ползучесть и усадка. Наиболее близким аналогом по технической сущности является комплексная добавка для бетонов [US 20050188896 от 01.09.2005], содержащая в масс.%: пластификатор 0,1-99,9%, аминное органическое основание 0,1-99,9. Недостатком добавки является быстрая потеря подвижности бетонных смесей и ухудшение деформативных характеристик бетонов, таких как ползучесть и усадка.
Технической задачей настоящего изобретения является получение комплексной добавки для бетонов и строительных растворов, улучшающей деформативные характеристики высокоподвижных пластифицированных бетонов (снижающей ползучесть и усадку бетона) и при этом не ухудшающей сохраняемость подвижности бетонных смесей и обеспечивающей устойчивый набор прочности.
Решение поставленной технической задачи в настоящем изобретении достигается тем, что комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит пластификатор и аминное органическое основание при следующем соотношении, (мас.%): пластификатор - 70÷90; аминное органическое основание - 10÷30. В комплексной добавке для бетонов и строительных растворов в качестве пластификатора используют полиметиленнафталинсульфонат, в качестве аминного органического основания - тетразаадамантан или его смесь с гидроксиламином или алканоламинами. Дополнительно добавка может содержать вспомогательные компоненты воздухововлекающего, стабилизирующего, гидрофобизирующего действия, регуляторы кинетики структурообразования, пеногасители, добавки воздухоудаляющего действия или смеси указанных соединений.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки установлен экспериментально и является оптимальным.
При содержании аминного органического основания в составе комплексной добавки более 30% не достигается дальнейшее снижение ползучести бетонов, но уже наблюдается снижение пластификации при неизменной дозировке комплексной добавки.
При содержании аминного органического основания менее 10% не наблюдается выраженного эффекта снижения ползучести бетона от применения предлагаемой добавки в диапазоне оптимальных дозировок.
Применение в качестве аминного органического основания тетразаадамантана или его смеси с гидроксиламином или алканоламинами приводит к улучшению деформативных характеристик бетона.
Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Для приготовления комплексной добавки-прототипа использованы (мас.% на сухое вещество): ПНС -70, триэтаноламин 30.
Ниже приведены составы комплексных добавок по предлагаемому изобретению:
состав №1: полиметиленнафталинсульфонат - 80, тетраазаадамантан - 20;
состав №2: полиметиленнафталинсульфонат - 70, тетраазаадамантан - 20, триэтаноламин - 10;
состав №3: полиметиленнафталинсульфонат - 70, тетраазаадамантан - 15, триизопропаноламин - 15;
состав №4: полиметиленнафталинсульфонат - 80, тетраазаадамантан - 10 гидроксиламин - 10;
состав №5: полиметиленнафталинсульфонат - 90, тетраазаадамантан - 5 диэтаноламин - 5.
Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты комплексной добавки для бетонов и строительных растворов, но помогают нагляднее продемонстрировать ее свойства.
3
Для оценки влияния комплексных добавок на свойства бетонной смеси и бетона по сравнению с прототипом испытания в соответствии с ГОСТ 30459-2008 проводились на бетонной смеси состава (кг/м): цемент - 350, песок - 850, щебень - 990. Добавка дозировалась по сухому веществу в процентах от массы цемента. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180. Ползучесть бетона определялась по ГОСТ 24544-81. В экспериментах использовали портландцемент ПЦ 500 Д0 Новороссийского цементного завода.
Результаты испытаний приведены в табл.1.
Таблица 1
Дозировка %
В/Ц
ОК, см
Прочность на сжатие, МПа
Усадка, ε<sub>ус</sub>(t), мм/м
Ползучесть, ε<sub>1п</sub>(t), мм/м
начальная
через 30 мин
1 сут
7 сут
28 сут
Референтный состав (без добавок)
-
0,49
3
-
12,8
31,5
35,7
0,373
0,494
Прототип
0,9
0,49
21
8
12,2
30,4
36,1
0,412
0,658
По изобретению №1
0,5
0,49
21
14
15,0
33,0
38,1
0,352
0,515
По изобретению №2
0,55
0,49
22
18
15,8
34,7
38,5
0,345
0,518
По изобретению №3
0,55
0,49
22
17
15,9
34,3
38,0
0,335
0,521
По изобретению №4
0,5
0,49
21
15
16,6
34,0
39,1
0,350
0,504
По изобретению №5
0,45
0,49
21
15
16,7
34,5
38,9
0,331
0,507
При сопоставлении характеристик бетонов без добавок с добавкой-прототипом и добавками по изобретению (табл.1) видно, что применение добавки по изобретению позволяет снизить деформативность бетонов. Так бетон с добавкой по изобретению характеризуется ползучестью на 21-24% (примеры по изобретению №4 и №3 соответственно) ниже по сравнению с бетоном с добавкой-прототипом. По сравнению с контрольным образцом ползучесть пластифицированного бетона с добавкой по изобретению возрастает всего на 2,5%-5% (примеры по изобретению №4 и №3 соответственно), тогда как с прототипом - на 33%. Усадка бетона при применении добавки по изобретению даже по сравнению с контрольным образцом снижается на 6%-11% (примеры по изобретению 1,5 соответственно), а по сравнению с применением добавки-прототипа снижение усадки составило 15%-20%.
По сравнению с прототипом комплексная добавка по изобретению обладает более высоким пластифицирующим эффектом. Для обеспечения одинаковой осадки конуса бетонной смеси (21 см, что соответствует категории «суперпластификатор» согласно ГОСТ 241211-2008) потребовалось 0,45%-0,5% добавки по изобретению и 0,9% добавки-прототипа. При этом через 30 мин разница в подвижности бетонных смесей составила 6-9 см, т.е. добавка по изобретению обеспечивает более высокую сохраняемость подвижности.
Применение добавки по изобретению также позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики бетона как на ранних стадиях, так и в зрелом возрасте. Для состава с добавкой по изобретению прочность бетона на сжатие в возрасте 1 сут. составила 15-16,7 МПа, что на 23%-37% выше прочности бетона с добавкой-прототипом. В дальнейшем различие в прочностных характеристиках уменьшается, но даже в возрасте 28 суток оно составляет 8,3%. По сравнению с контрольным образцом ранняя прочность при применении добавки по изобретению возрастает на 30%, а в возрасте 28 суток - на 5%-9%. При этом важно отметить, что такое увеличение достигается именно за счет эффекта добавки, а не за счет В/Ц-отношения, которое остается постоянным.
Таким образом, предлагаемая комплексная добавка улучшает деформативные характеристики бетонов (снижает ползучесть и усадку бетона), при этом ее применение не ухудшает сохраняемость подвижности бетонных смесей и обеспечивает устойчивый набор прочности.
Предлагаемая по изобретению комплексная добавка может сочетаться с различными вспомогательными компонентами: добавками воздухововлекающего, стабилизирующего, гидрофобизирующего действия, регуляторами кинетики структурообразования, а также пеногасителями, добавками воздухоудаляющего действия или смесью указанных соединений. В качестве примеров были использованы: натриевая соль сульфата оксиэтилированнного додецилового спирта (воздухововлекающий компонент), КМЦ (стабилизатор), ГКЖ-11 (гидрофобизатор), ЛСТ (регулятор структурообразования), ТБФ (добавка воздухоудаляющего действия). Полученные результаты приведены в табл.2.
Таблица 2
№№
Комплексная добавка по изобретению
Вспомогательная добавка
В/Ц
ОК, см
Прочность на сжатие, МПа, в 28 сут
Усадка, ε<sub>ус</sub>(t), мм/м
№ по табл.1
Дозировка, %
Вид
Дозировка, %
1
1
0,5
натриевая соль сульфата оксиэтилированнного додецилового спирта
0,001
0,49
23
35,0
0,365
2
3
0,5
КМЦ
0,002
0,49
21
38,3
0,337
3
3
0,5
ГКЖ-11
0,001
0,49
22
37,7
0,338
4
4
0,4
ЛСТ
0,1
0,49
23
39,0
0,350
5
5
0,5
ТБФ
0,0015
0,49
21
39,5
0,333