КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОНОВ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETES

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 пластифицирующих добавок, а сроки схватывания бетонной смеси можно ускорить или замедлить, применяя пластификаторы совместно с другими добавками. Соотношение компонентов и дозировка добавки определяют степень замедляющего или ускоряющего действия. Целесообразно иметь комплексную добавку, позволяющую целенаправленно регулировать кинетику структурообразования и твердения при производстве как сборного железобетона, так и товарного бетона. В первом случае основным фактором выступает быстрый набор прочности бетоном после укладки, во втором - сохранение подвижности, а следовательно, и удобоукладываемости бетонной смеси в течение продолжительного периода времени.
Для повышения удобоукладываемости бетонных смесей широко используют добавки на основе нафталинсульфонатов. Применение нафталинсульфонатов позволяет получать бетонные смеси с высокой удобообрабатываемостью и простотой укладки, однако недостатком таких добавок является незначительный период сохранения подвижности бетонной смеси [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]. Указанные недостатки в значительной степени устранены в комплексной добавке [Патент CN №102145985 от 10.08.2011 г. Preparation method of high-efficiency water reducing agent and early strength agent for concrete], в состав которой входят суперпластификатор и замедлитель схватывания - лимонная кислота или глюконат натрия.
Недостатком такой добавки является невозможность ее использования для сборного железобетона в связи с удлиненным сроком схватывания и замедленным набором прочности в период подъема температуры при ТВО.
Известна комплексная добавка [US 8167998, 01.05.2012], содержащая в своем составе суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов, замедлитель схватывания и азотосодержащий компонент алканоламин. При этом в качестве замедлителя схватывания она может содержать одну кислоту из группы глюконовой, лимонной, гептоновой кислот или их растворимых в воде солей. Недостатком указанной добавки является невозможность регулирования кинетики структурообразования и твердения бетонов за счет изменения дозировки.
Технической задачей настоящего изобретения является создание комплексной добавки с широкими возможностями регулирования кинетики структурообразования и твердения бетонов за счет изменения дозировки и применимой как в товарном, так и в сборном железобетоне.
Решение поставленной технической задачи в настоящем изобретении достигается тем, что комплексная добавка для бетонов, содержащая суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов, замедлитель схватывания на основе гидроксикарбоновых кислот и азотсодержащий компонент на основе алканоламинов, содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%):
суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - 75-95
замедлитель схватывания - 2-10
азотсодержащий компонент - 3-15.
В качестве суперпластификатора на основе нафталинсульфонатов используют чистые полиметиленнафталинсульфонаты (ПНС), смесь ПНС с лигносульфонатами или сополимеры на основе ПНС, в качестве замедлителя схватывания на основе гидроксикарбоновых кислот используют гликолевую, яблочную, винную, лимонную, глюконовую, гептоновую кислоты, их растворимые соли или смесь любых указанных соединений. В качестве азотосодержащего компонента на основе алканоламинов используют индивидуальные алканоламины, смесь алканоламинов или смесь алканоламина с сульфаминовой кислотой, аминосульфокислотами, глицином или солями тетраметиламмония.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки установлен экспериментально и является оптимальным.
Совместное применение указанных компонентов в составе комплексной добавки приводит к проявлению синергетического эффекта, позволяющего эффективно применять предлагаемую добавку для получения различных эффектов (повышение сохраняемости подвижности для товарного бетона и ускорения набора прочности для сборного железобетона) при соответствующих оптимальных дозировках комплексной добавки и, соответственно, целенаправленно регулировать кинетику начального структурообразования и последующий набор прочности.
При дозировке более 0,6% превалирует повышение сохраняемости подвижности бетонной смеси без снижения прочностных характеристик (в том числе, в ранние сроки). В таких дозировках комплексную добавку целесообразно применять в товарных бетонах.
При дозировке 0,6% и менее наблюдается ускорение набора прочности, что позволяет применять предлагаемую комплексную добавку в сборном железобетоне.
Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Для приготовления комплексной добавки-прототипа используют суперпластификатор Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, глюконат натрия и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов масс.%: суперпластификатор - 60, глюконат натрия - 15, триэтаноламин - 25.
Для приготовления комплексной добавки по изобретению в качестве пластифицирующего компонента используют добавки на основе нафталиносульфонатов, в качестве замедлителя схватывания используют гликолевую, яблочную, винную, лимонную, глюконовую, гептоновую кислоты, их растворимые соли или смесь любых указанных соединений, а в качестве азотсодержащего компонента на основе алканоламинов используют индивидуальные алканоламины, смесь алканоламинов или смесь алканоламина с сульфаминовой кислотой, аминосульфокислотами, глицином или солями тетраметиламмония.
Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты комплексной добавки для бетонов, но помогают нагляднее продемонстрировать ее свойства.
Составы комплексных добавок по изобретению:
состав 1: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, замедлитель схватывания - гликолевая кислота, азотосодержащий компонент - диэтаноламин;
состав 2: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, замедлитель схватывания - винная кислота, азотосодержащий компонент - смесь триэтаноламина и диэтаноламина 2:1;
состав 3: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, замедлитель схватывания - гептоновая кислота, азотосодержащий компонент - смесь триэтаноламина и сульфаминовой кислоты 1:1;
состав 4: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - смесь Полипласт СП-1 и технических лигносульфонатов 80:20, замедлитель схватывания - смесь яблочной и лимонной кислот 1:1, азотосодержащий компонент - смесь триэтаноламина и глицина 1:1;
состав 5: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - Полипласт СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, замедлитель схватывания - глюконовая кислота, азотосодержащий компонент - смесь моноэтаноламина и тераметиламмоний сульфата 1:1;
состав 6: суперпластификатор на основе сополимера нафталинсульфонатов - Полипласт Премиум по ТУ 5745-036-58042865-2008, замедлитель схватывания - глюконат натрия, азотосодержащий компонент - триэтаноламин;
состав 7: суперпластификатор на основе нафталинсульфонатов - смесь Полипласт СП-1 и технических лигносульфонатов 85:15, замедлитель схватывания - смесь глюконата натрия и лимонной кислоты 1:2, азотосодержащий компонент - смесь триэтаноламина и сульфаниловой кислоты 1:1.
Соотношение компонентов испытанных комплексных добавок приведено в табл.1.
Таблица 1
№
Добавка
Соотношение компонентов добавки, масс.%
суперпластификатор
замедлитель
азотсод. компонент
1
прототип
60
15
25
2
состав 1
85
6
9
3
состав 2
95
2
3
4
состав 3
75
10
15
5
состав 3
70
10
20
6
состав 3
70
15
15
7
состав 4
80
8
12
8
состав 5
85
4
11
9
состав 6
90
5
5
10
состав 7
90
5
5
Примеры №5, 6 - запредельные составы
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. В экспериментах использовали портландцемент ГГЦ 500 Д0 Новороссийского цементного завода.
Результаты испытаний приведены в табл.2, 3.
Таблица 2
Результаты испытаний добавки по изобретению и добавки-прототипа в товарном бетоне
Добавка (№ по табл.1)
Дозировка, %
В/Ц
ОК, см
Прочность на сжатие. МПа
исходная
через 1 ч
через 2 ч
через 3 ч
1 с
28 с
1∗
0,6
0,49
22
18
13
7
8,5
37,6
2
0,6
0,49
22
19
16
11
11,2
39,7
3
0,8
0,48
21
19
17
15
12,3
38,8
4
0,7
0,49
22
21
19
16
12,5
38,1
5
0,7
0,49
22
18
14
9
12,9
38,4
6
0,7
0,49
23
22
20
18
8,8
37,9
7
0,7
0,49
23
22
21
21
10,5
38,7
8
0,7
0,49
22
21
19
17
11,9
40,1
9
0,7
0,49
24
22
20
19
12,3
40,9
10
0,7
0,49
24
23
21
20
10,8
39,7
Таблица 3
Результаты испытаний добавки по изобретению и добавки-прототипа в сборном железобетоне
Добавка (№ по табл.1)
Дозировка, %
В/Ц
ОК, см
Прочность на сжатие, МПа
исходная
через 1 ч
после ТВО
28 с
1
0,6
0,43
17
7
27,7
36,1
0,5
0,43
14
7
30,3
38,2
2
0,6
0,43
16
4
35,1
44,7
0,5
0,43
13
3
36,1
45,2
3
0,6
0,43
17
5
36,0
43,8
0,5
0,43
13
3
36,7
45,3
4
0,5
0,43
16
6
36,1
43,1
0,4
0,43
11
3
36,9
45,6
8
0,6
0,43
17
6
37,3
43,9
0,5
0,43
13
4
37,0
44,4
10
0,5
0,43
16
6
35,7
44,8
0,4
0,43
12
4
36,2
45,3
контрольный состав
-
0,43
3
-
33,4
40,2
В таблице 2 приведены результаты испытаний добавок в товарном бетоне. Анализ результатов проведенных испытаний показал следующее.
Применение комплексной добавки по изобретению по сравнению с добавкой-прототипом при введении их в одинаковой дозировке, составляющей 0,6%, а также введение добавки по изобретению в дозировке более 0,6% (0,7 и 0,8% примеры 3 и 4) позволяет существенно увеличить период сохранения подвижности бетонной смеси. Так при одинаковой дозировке, составляющей 0,6% (пример 1 и 2), и одинаковой исходной подвижности сохраняемость подвижности существенно выше для состава с добавкой по изобретению. Через три часа осадка конуса бетонной смеси с комплексной добавкой по изобретению составляет 11 см, а с добавкой-прототипом - 7 см. При этом применение добавки по изобретению позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики товарного бетона на ранних стадиях. Так для варианта применения добавки по изобретению (пример 2) прочность на сжатие бетона в возрасте 1 сут составляет 11,2 МПа, что на 30% выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа (пример 1). В дальнейшем различие в прочностных характеристиках уменьшается, но даже в возрасте 28 суток оно составляет 6%. Важно при этом отметить, что такое увеличение достигается не за счет В/Ц-отношения, которое остается постоянным (примеры 1, 2, 4), а именно за счет синергетического эффекта от применения комплексной добавки. При увеличении дозировки добавки до 0,8% при нижнем пределе содержания замедлителя (пример 3) или при использовании состава с максимальным содержанием замедлителя (пример 4) наблюдается заметное увеличение сохраняемости подвижности (15 и 16 см через 3 часа, соответственно) без снижения прочностных характеристик бетона в суточном возрасте.
Примеры 5 и 6, представленные в табл.2, показывают невозможность получения эффективной добавки при выходе за граничные значения содержания компонентов. Так, при одинаковой дозировке, равной 0,7%, использование комплексной добавки, содержащей менее 75% ПНС и более 15% азотосодержащего компонента (пример 5), приводит к снижению сохраняемости подвижности бетонной смеси по сравнению с вариантом применения добавки по изобретению (пример 4). При содержании в составе комплексной добавки более 10% замедлителя (пример 6) наблюдается снижение ранней прочности бетона по сравнению с вариантом применения добавки по изобретению (пример 4). Т.о., при выходе за пределы оптимальных соотношений не наблюдается синергетический эффект, хотя сохраняемость подвижности и прочность все равно остаются выше, чем у прототипа.
Примеры 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10 подтверждают возможность получения заявленного технического результата при различных сочетаниях заявленных альтернативных компонентов комплексной добавки. Во всех случаях наблюдается существенное увеличение периода сохраняемости подвижности бетонной смеси при обеспечении более высоких прочностных характеристик товарного бетона на ранних стадиях по сравнению с применением добавки-прототипа.
Результаты испытаний некоторых составов добавки по изобретению и добавки-прототипа в сборном железобетоне представлены в таблице 3. Во всех приводимых примерах В/Ц отношение оставалось одинаковым, равным 0,43.
При введении добавки в дозировке 0,6% и менее применение добавки по изобретению по сравнению с добавкой-прототипом позволяет существенно ускорить схватываемость бетонной смеси. Так при дозировке добавок 0,6% для варианта применения добавки-прототипа (пример 1) исходная осадка конуса составляла 17 см, а через час - 7 см; при применении добавки по изобретению (пример 2) значения осадки конуса составили 16 см и 4 см, соответственно. При этом различие в прочности составов бетона в разные сроки составляет 7,4-8,5 МПа, т.е. недобор прочности составом с добавкой-прототипом при ТВО не компенсируется и в дальнейшем. При уменьшении дозировок добавок до 0,5% несколько снижается и различие в прочностных показателях, однако оно остается достаточно высоким (>6 МПа).
При граничных значениях содержания компонентов комплексной добавки (пример 3: максимальное содержание ПНС (95%), минимальное содержание замедлителя схватывания (2%) и азотосодержащего компонента (3%); пример 4: минимальное содержание ПНС (75%) и максимальное содержание замедлителя схватывания (10%) и азотосодержащего компонента (15%)) не наблюдается существенных изменений кинетики потери подвижности и набора прочности, т.е. синергетический эффект проявляется во всем заявленном диапазоне составов комплексной добавки.
Представленные в таблице 3 примеры 2, 3, 4, 8, 10 не исчерпывают все возможные варианты предлагаемой в изобретении добавки, но наглядно демонстрируют возможность получения заявленного технического результата при различных сочетаниях альтернативных компонентов добавки. Во всех случаях наблюдается существенное ускорение схватываемости бетонной смеси по сравнению с применением добавки-прототипа.
При сравнении эффектов комплексной добавки по изобретению и добавки-прототипа в сборном бетоне по отношению к контрольному составу можно сделать вывод, что добавки обладают сопоставимой пластифицирующей способностью и обеспечивают получение одного класса по подвижности при неизменном В/Ц. При этом применение добавки по изобретению увеличивает раннюю прочность бетона, тогда как добавка-прототип противоположным образом влияет на этот параметр.
Таким образом, предлагаемая комплексная добавка обладает широкими возможностями регулирования кинетики структурообразования и твердения как в товарном, так и сборном железобетоне за счет простого изменения дозировки.