КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ
COMPLEX ADDITIVE FOR CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к составам комплексных добавок для бетонных смесей, используемых для производства бетонных, железобетонных изделий и в монолитном строительстве.
Известны высокоэффективные пластифицирующие добавки на поликарбоксилатной основе, которые обладают высоким пластифицирующе-водоредуцирующим действием в бетонных смесях. Высокая эффективность химических добавок на основе поликарбоксилатов объясняется химическим строением молекул и механизмом их действия в цементных системах. Молекулы поликарбоксилатных пластификаторов имеют главную цепочку (основу) с отрицательными зарядами, которая адсорбируется на цементной частице и незаряженные боковые цепочки (фиг.1). Именно боковые цепочки создают адсорбционную объемную защитную оболочку вокруг частиц твердой фазы, предотвращая агрегирование частиц цемента и способствуя их взаимному стерическому отталкиванию. Цементные частицы с такими молекулами на поверхности всегда находятся на определенном расстоянии друг от друга, что обеспечивает повышенную подвижность смеси [Каприелов С.С. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива / С.С.Каприелов, В.Г.Батраков, А.В.Шейнфельд // Бетон и железобетон. - 1999. - №6. - С.6-10; Ушеров-Маршак А.В. Добавки в бетон: прогресс и проблемы / А.В.Ушеров-Маршак // Строительные материалы. - 2006. - №10. - С.8-12].
Благодаря вышеизложенным особенностям поликарбоксилатные пластификаторы являются высокоэффективными пластифицирующими добавками для цементных и других систем. Эффективность их действия выражается в относительно низких оптимальных дозировках, высоком водоредуцирующем эффекте, пониженной чувствительности к виду и составу цемента, длительном сохранении свойств бетонной смеси и повышенной связности, возможности применения самоуплотняющихся бетонных смесей [Батраков В.Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы /В.Г.Батраков// Строительные материалы. - 2006. - №10. - С.4-7; Несветаев Г.В. Технология самоуплотняющихся бетонов /Г.В.Несветаев// Строительные материалы. - 2008. - №3. - С.24-28]. Недостатком поликарбоксилатных пластификаторов является их относительно высокая стоимость.
Цель изобретения - разработка составов комплексной (бинарной) химической добавки, обеспечивающей сохранение и улучшение технологических свойств бетонных смесей и физико-механических характеристик бетона при более рациональном использовании пластифицирующей добавки на поликарбоксилатной основе за счет совместного ее использования с более дешевым и доступным химическим сырьем в составе комплексной добавки.
Для реализации поставленной цели использовали следующие сырьевые материалы. В виде поликарбоксилатного пластификатора применяли Melflux 265 IF. Дополнительным химическим реагентом, применяемым совместно с Melflux, был выбран полиэтиленгликоль (ПЭГ 2000) с молекулярной массой 2000, который имеет то же химическое строение, что и боковые цепи гиперпластификатора Melflux (фиг.2).
Фиг.2 - Структурная формула молекулы полиэтиленгликоля (ПЭГ 2000).
Выбор данного химического реагента обусловлен тем, что, как было показано ранее, поликарбоксилаты представляют собой полимеры, включающие основную карбоксилсодержащую цепь, представленную метакриловой кислотой и введенными в эти макромолекулы боковые полиэтиленоксидные (полиэтиленгликольные) цепи. Из теоретических предпосылок следует, что добавка полиэтиленгликоля взамен части поликарбоксилата позволит заменить часть боковых полимерных цепей, принимающих участие в создании стерического эффекта отталкивания и тем самым сэкономить дозировку более дорогостоящего полимера с максимальным сохранением эффективности их действия в цементных системах.
кр
Проверку эффективности действия разработанных комплексных химических добавок производили на цементном тесте и камне, а также на бетонных смесях и бетонах. Бетонные смеси готовили с применением портландцемента М500 (ГОСТ 10178), кварцевого песка с М=2,1 (ГОСТ 8736), гранитного щебня фр. 5-20 мм (ГОСТ 8267). Подвижность бетонных смесей оценивали по осадке стандартного конуса (ГОСТ 10181), прочность бетонов определяли на образцах кубах 10×10×10 см, твердевших в нормальных условиях (ГОСТ 10180).
Общее количество комплексной добавки Melflux + ПЭГ 2000 принимали постоянным и равным 0,37; 0,5; 0,75 и 1% от массы цемента. Количество вводимого ПЭГ 2000 варьировали в диапазоне от 25 до 75% в составе комплексной добавки. Комплекс Melflux + ПЭГ 2000 вводился в цементное тесто в виде водного раствора.
В ходе проведенных испытаний на цементном тесте были определены рациональные дозировки комплексной добавки Меlfux + ПЭГ 2000 и оптимальное соотношение между этими компонентами, обеспечивающее максимальное водоредуцирующее действие. Водоредуцирующее действие определяли по снижению расхода воды в процентах от контрольного состава, при постоянной реологической характеристике, оцениваемой величиной расплыва цементного теста, который был равен 13-14 см по вискозиметру Суттарда.
Результаты определения водоредуцирующего действия добавки Melflux + ПЭГ 2000 представлены в таблице 1. Как видно из данных таблицы, для каждой дозировки комплексной добавки Melflux + ПЭГ 2000 установлено оптимальное соотношение компонентов, обеспечивающее максимальный водоредуцирующий эффект, который незначительно меньше по сравнению с водоредуцирующим действием, происходящим при введении чистого Melflux. Так, при введении комплексной добавки Melflux + ПЭГ 2000 в количестве 0,37% от массы цемента максимальный водоредуцирующий эффект наблюдается при замене 25% Melflux, при 0,5-25%, 0,75-50%, 1-50% соответственно.
Таким образом, заменяя часть поликарбоксилатного пластификатора Melflux на ПЭГ 2000, можно добиться эффекта водоредуцирования в цементных системах, близкого по значению к эффекту, достигаемому при использовании чистого поликарбоксилата.
Данные по оценке влияния комплексной (бинарной) добавки на физико-механические свойства цементного камня (таблица 2) показали, что использование бинарной добавки Melflux + ПЭГ 2000, в которой замещена часть Melflux, не приводит к снижению прочности по сравнению с использованием монодобавки Melflux, при одинаковой общей дозировке, несмотря на несущественное уменьшение водоредуцирующего действия. Данный эффект наблюдается при использовании всех исследуемых дозировок комплексных (бинарных) добавок от 0,37 до 1% от массы цемента.
Таким образом, использование предлагаемой комплексной добавки, включающей Melflux 265 IF и ПЭГ 2000, позволяет более рационально использовать пластификатор на поликарбоксилатной основе за счет замещения его части более дешевым и доступным химическим сырьем, с сохранением эффективности их действия в цементных системах и улучшением свойств цементного камня и бетона.