КОМПЛЕКСНАЯ МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННЫХ РАСТВОРОВ
COMPLEX MODIFYING ADDITIVE FOR MORTAR

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к модифицирующим добавкам для производства высокопрочных строительных растворов и композиционных гипсобетонов, применяемых в строительстве жилых и общественных зданий.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая микрокремнезем и суперпластификатор С-3, получаемый на основе натриевых солей продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, при следующем соотношении компонентов (% по массе): полуводный сульфат кальция - строительный гипс 78,4-81,6; известь 8-9; микрокремнезем 10-12; суперпластификатор С-3 0,4-0,6 (см. патент РФ 32081076, МПК С04В 11/00, С04В 111/20, опубл. в Бюлл. №16).
Добавку изготавливают вместе с гипсовым вяжущим, что увеличивает продолжительность и объемы обработки материала. При этом полученное гипсовое вяжущее обладает недостаточной водостойкостью, прочностью, морозостойкостью, имеет короткие сроки схватывания.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, включающая суперпластификатор С-3, цеолитовую породу, обожженную при 800°С, и бой силикатного кирпича, при этом добавка содержит пластификатор С-3 в виде сухого порошка при следующем соотношении компонентов добавки (% по массе): порошок С-3 1,5-4,0; цеолитовая мука 12-14; бой силикатного кирпича 82-86 (см. патент РФ №2074137, МПК С04В 11/00, С04В 111/20, опубл. в Бюлл. №6) Добавку изготавливают отдельно от гипсового вяжущего, сокращая объем переработки, после этого ее вводят в гипсовое вяжущее (100%) при перемешивании сухой смеси в количестве 5-15% от массы.
Данная добавка позволяет повысить прочность гипсовых изделий и экономить до 15% гипсового вяжущего, однако для изготовления добавки требуются значительные энергозатраты на предварительный обжиг цеолитовой породы при температуре 800°С в течение 8 часов и совместный помол цеолитовой породы и боя силикатного кирпича с сухим порошком пластификатора С-3. Получаемое вяжущее имеет недостаточно высокую прочность, морозостойкость и короткие сроки схватывания гипсобетона.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих следующего состава, мас.%: гидравлическое вяжущее - портландцемент 15-25; минерально-активный компонент- пуццолановая мука 10-25; водная дисперсия поливинилацетатного полимера или дивинилстирольного латекса (см. А.В.Волженский и др. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979; с459-461). Получаемое гипсовое вяжущее имеет лучшие параметры по адгезионным свойствам, долговечности, однако приготовление гипсового вяжущего, содержащего водную дисперсию, технологически сложно, кроме того, получаемое гипсовое вяжущее имеет недостаточную прочность на сжатие, морозостойкость, водоотделение.
2
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая компоненты: гидравлическое вяжущее - портландцемент любой разновидности; активные тонкодисперсные кремнесодержащие материалы - золу уноса, керамическая пыль, пыль пемзы, золы ТЭЦ, стеклянный бой, отходы производства кирпича и других керамических изделий, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, кремнегель и т.п. Указанные материалы и суперпластификатор в соотношении 1:(1…2): (0,1…0,25). При этом максимальное значение удельной поверхности составляет 500 м/кг, а это не всегда достаточно для улучшения физико-механических свойств гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе (см. Ю.М.Баженов, В.Ф.Коровяков, Г.А.Денисов. Технология сухих строительных смесей, М., 2003, Из-во Ассоциация строительных Вузов, стр.2-25,48).
2
Известна комплексная добавка для модификации вяжущих строительных растворов и бетонов на их основе (см. патент РФ №2260572, МПК С04В 11/00, опубл. 20.09. 2005), включает, % по массе: гидравлическое вяжущее 50-90; активный минеральный компонент 10-45, пластифицирующая добавка 0,1-2,0, регулятор сроков схватывания и твердения 0,001-1,0; стабилизатор 0,001-5. При этом в качестве гидравлического вяжущего добавка содержит портландцемент любой разновидности, белый цемент или их смесь в любой пропорции, в качестве активного минерального компонента - золу уноса, золу рисовой или гречневой шелухи, золы и шлаки ТЭЦ, керамическую пыль, отходы производства кирпича, других керамических производств, соединения алюминия, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил или их смесь в любой пропорции, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификатор, содержащий соединения на основе сульфированных меламинформальдегидных соединений и/или комплексов на их основе, соединения на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений или их комплексов на их основе, соединения на основе модифицированных лигносульфонатов, или соединения на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров, или их смесь в любой пропорции, в качестве регуляторов сроков схватывания и твердения - замедлитель твердения гипса, в качестве стабилизатора - водорастворимый эфир целлюлозы. При этом в качестве гипсовых вяжущих используют одно из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции гипс полуводный или ангидрит, дозировка добавки осуществляется в количестве 10-40% от их массы, а значение ее удельной поверхности составляет 550-7000 м/ кг.
Недостатками известного способа и состава добавки являются:
- большой объем по массе обработки добавки за счет включения в ее состав портландцемента (до 90%) и активного минерального компонента до 45%,
- большая дозировка добавки (10-40% от массы);
- недостаточная прочность и водостойкость получаемых сухих строительных смесей, растворов и гипсобетона ниже 20,0 МПа при водогипсовом отношении 0.22-0,3.
Известны жидкие комплексные добавки для повышения текучести бетонных масс на основе цементного вяжущего, имеющие преимущества перед сухими добавками как наиболее применяемые в технологическом процессе приготовления литьевых бетонных масс. Преимущества жидких пластифицирующих добавок заключается в том, что применение готовых растворных добавок резко снижает трудозатраты потребителя на приготовление растворов и исключает ошибки при дозировании.
В настоящее время наибольшее значение в качестве пластифицирующих добавок для бетонов приобрели комплексные добавки серии «Хидетал», выпускаемые по ТУ 5745-007-57330160-05, а также комплексные добавки «Бином», «Универсал» ТУ 5745-001-47882740-04 и ГП-1, производимая в республике Беларусь по ТУ BY 1000230600. 447-2006.
Комплексные добавки «Хидетал», «Бином» и «Универсал» имеют существенные недостатки, так как их состав и физико-химические свойства не стабильны и зависят в сильной степени от сочетаемых с поликарбоксилатами жидкими отходами предприятий органической химии, подчас оказывают вредное воздействие на среду обитания человека и вызывают коррозию арматуры, появление высолов и расслоение бетонных масс при транспортировании.
Комплексная добавка ГП-1 изготавливается на основе водного эфира поликарбоксилата, является наилучшей из известных, не вызывает коррозию арматуры и взята за прототип, поскольку является экологически чистой, не содержит вредных примесей, позволяет получать устойчивые суспензии бетона при транспортировании. Однако эта добавка имеет некоторые недостатки:
- требует введение ускорителя твердения бетонных масс;
- при получении гипсобетонов образует значительное количество пор, снижающих прочность получаемых конструкций и повышающих впитываемость влаги, снижая показатель водопоглощения изделий;
- не выдерживает замораживания при температуре ниже -10°С;
- имеет недостаточную прочность уплотняющегося бетона и
- большой расход добавки при изготовлении гипсобетонных изделий (блоков, пазогребневых плит).
С целью устранения отмеченных недостатков аналогичных комплексных пластифицирующих добавок, выбранной комплексной добавки за прототип, предлагается новая комплексная модифицирующая добавка для бетонных растворов, названная ГПВД-5, состав которой разработан при сопоставлении с известными.
Задачей данного изобретения является комплексная модифицирующая добавка, значительно улучшающая физико-механические свойства вяжущих, строительных растворов и бетонов на основе портландцементов и гипсовых вяжущих, позволяющая ускорить твердение монолитных бетонов и гипсобетонов, снизить их водопоглощение, повысить прочность изделий, снизить температуру замерзания бетонных растворов и получить возможность ведения бетонирования при отрицательных температурах, повысить экономическую выгоду от применения разработанной добавки.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении прочности и водостойкости получаемых материалов, в возможности управлении качеством строительных растворов и бетонов на основе портландцементов и гипсовых вяжущих.
Предлагаемая комплексная модифицирующая добавка для бетонных растворов, включающая 30%-ный раствор поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P», 30%-ный раствор поликарбоксилата «Glenium Асе 30 или Асе 430»; раствор пеногасителя «Degressal SD-21», 5%-ный раствор карбамида, 10%-ный раствор глюконата натрия и 5%-ный раствор редиспергируемого сополимерного вещества «Neolith - Р 3300», при следующем соотношении компонентов, мас. %:
раствор «Sika ViscoCrete 225P»
20,0-28,0
раствор «Glenium Асе 30 или 430»
23,0-25,0
пеногаситель
0,08-0,15
раствор карбамида
20,5-22,4
раствор глюконата натрия
14,0-16,0
раствор «Neolith»
14,42-16,45,
получаемая смешением компонентов до полной гомогенизации получаемого раствора добавки.
Поликарбоксилат Sika ViscoCrete 225P, его свойства описаны в Каталоге «Сухие строительные смеси. Бетоны. Растворы» фирмы «ETC». Москва 2008 г.
Поликарбоксилаты «Glenium Асе 30» и «Glenium Асе 430», их свойства описаны в Техническом Каталоге «Добавки в бетон» фирмы «BASF», 2009, с.44-49.
Пеногаситель «Degressal SD-21» и его свойства описаны в Техническом Каталоге фирмы «BASF» Technical Information, 2010, c.1-17.
Глюконат натрия, его свойства описаны в ТУ 6-09-3508-80.
Редиспергируемое сополимерное вещество «Neolith - Р 3300, его свойства описаны в Каталоге «Добавки для производства сухих строительных смесей», издание 9-е «ЕвроХим-1, Москва 2009 г.
Карбамид по ГОСТ 2081-92.
Получение комплексной модифицирующей добавки включает последовательное перемешивание предварительно приготовленного 30%-ного раствора пластификатора «Sika ViscoCrete 225P» с 30%-ным раствором поликарбоксилата «Glenium Асе 30», или «Glenium Асе 430», раствором пеногасителя «Degressal SD-21», 5%-ным раствором карбамида, 10%-ным раствором глюконата натрия и 5%-ным раствором «Neolith - Р 3300» до полной гомогенизации получаемой смеси растворов.
Дозировка комплексной пластифицирующей добавки осуществляется в количестве 1,0-2,0% от массы вяжущего.
3
Комплексная модифицирующая добавка ГПВД-5 для бетонных растворов, бетонов на основе портландцементов, шлакопортландцементов, гипсовых вяжущих используется в жидком виде с плотностью 1030-1060 кг/м по прямому назначению для пластифицирования бетонов.
Для иллюстрации эффективности добавки при получении высокопрочного гипсобетона с определенными свойствами приведены примеры конкретного выполнения, причем в качестве вяжущего использовано строительное гипсовое вяжущее марки Г-5, а также портландцемент М 300. Испытания проводили в сравнении с комплексной добавкой ГП-1.
Предварительно готовили 30%-ный раствор пластификатора «Sika ViscoCrete 225P» путем растворения, при перемешивании точно взвешенного порошка пластификатора в воде.
Предварительно готовили 5%-ный раствор карбамида путем растворения при перемешивании точно взвешенного количества гранул карбамида в воде.
Предварительно готовили 10%-ный раствор при перемешивании точно взвешенного порошка глюконата натрия в воде.
Предварительно готовили 5%-ный раствор при перемешивании точно взвешенного количества порошка «Neolith - Р 3300» в воде.
Для экспериментального определения параметров заявляемого состава изготовлялись образцы в виде призм размером 40×40×160 мм и кубы размером 100×100×100 мм. Составы комплексной модифицирующей добавки ГПВД-5 приведены в табл.1, а результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 1. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 40 кг (20%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 50 кг (25%) поликарбоксилата «Glenium Асе 30»; 44,8 кг (22,4%) 5%-ного раствора карбамида; 0,3 кг (0,15%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 32 кг (16%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 32,9 кг (16,45%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г-5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 2. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 56,0 кг (28%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 46 кг (23%) поликарбоксилата «Glenium Асе 30»; 41 кг (20,5%) 5%-ного раствора карбамида; 0,16 кг (0,08%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 28 кг (14%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 28,84 кг (14,42%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,16 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г-5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 3. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 20 кг (20%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 25 кг (25%) поликарбоксилата «Glenium Асе 430»; 22,4 кг (22.4%) 5%-ного раствора карбамида; 0,15 кг (0,15%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 16 кг (16%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 16,45 кг (16,45%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г-5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 4. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 27 кг (27%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 24 кг (24%) поликарбоксилата «Glenium Асе 30»; 20,5 кг (20,5%) 5%-ного раствора карбамида; 0,08 кг (0,08%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 14 кг (14%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 14,42 кг (14,42%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,15 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 5. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 24,4 кг (24,4%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 24 кг (24%) поликарбоксилата «Glenium Асе 30»; 21,5 кг (21,5%) 5%-ного раствора карбамида; 0,1 (0,1%) кг пеногасителя «Degressal SD-21»; 15 кг (15%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 15 кг (15%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г-5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 6. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 24,91 кг (24,91%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 24,5 кг (24,5%) поликарбоксилата «Glenium Асе 430»; 20,5 кг (20,5%) 5%-ного раствора карбамида; 0,09 кг (0,09%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 14,5 кг (14,5%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 15,5 кг (15,5%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 25,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг гипсового вяжущего марки Г5, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 2 часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 7 суток и затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 7. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 27 кг (27%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 23,98 кг (23,98%) поликарбоксилата «Glenium Асе 30»; 20,5 кг (20,5%) 5%-ного раствора карбамида; 0,1 кг (0,1%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 14,0 кг (14%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 14,42 кг (14,42%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 20,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг цементного вяжущего марки 300, и 10 кг кварцевого песка, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 16 часов и выдерживали во влажных условиях в течение 28 суток, затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 8. В смеситель при непрерывном перемешивании приливают 25 кг (25%) предварительно приготовленного 30%-ного раствора поликарбоксилата «Sika ViscoCrete 225P»; 23,42 кг (23,42%) поликарбоксилата «Glenium Асе 430»; 21,0 кг (21%) 5%-ного раствора карбамида; 0,08 кг (0,08%) пеногасителя «Degressal SD-21»; 15,0 кг (15%) 10%-ного раствора глюконата натрия и 14,0 кг (14%) 5%-ного раствора «Neolith - Р 3300» до получения однородного гомогенного раствора; полученную комплексную модифицирующую добавку ГПВД-5 использовали для приготовления гипсобетона следующим образом: при перемешивании в скоростном смесителе к 20,0 кг воды приливали 0,2 кг комплексного модификатора ГПВД-5 и к полученному раствору добавляли 10 кг цементного вяжущего марки 300 и 10 кг кварцевого песка, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 16 часов и выдерживали во влажных условиях в течение 28 суток, затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
ПРИМЕР 9 (прототип). В смеситель при непрерывном перемешивании приливали 29 кг воды, 0,4 кг гиперпластификатора ГП-1, к раствору затворения добавляли 10 кг цементного вяжущего марки 300 и 10 кг кварцевого песка, полученную суспензию выливали в формы призм и кубов, образцы вынимали из форм через 16 часов и выдерживали во влажных условиях в течение 28 суток, затем проводили физико-механические испытания полученных образцов гипсобетона. Результаты испытаний приведены в табл.2.
Таблица 1
Составы комплексной модифицирующей добавки ГПВД-5
Содержание компонентов в комплексной добавке, % № примера
Компоненты добавки (чистые или растворы)
1
2
3
4
5
6
7
8
«Sika ViscoCrete 225Р»
20
28
20
27
24,4
24,91
27
25
«Glenium Асе 30»
25
23
-
24
24
-
23,98
«Glenium Асе 430»
-
-
25
-
-
24,5
-
23,42
«Degressal SD-21»
0,15
0,08
0,15
0,08
0,1
0,09
0,1
0,08
Карбамид
22,4
20,5
22,4
20,5
21,5
20,3
20,5
21
Глюконат натрия
16
14
16
14
15
14,5
14,42
14,5
Neolith - Р 3300
16,45
14,42
16,45
14,42
15
15,5
14,42
14,5
Таблица 2
Результаты испытаний комплексной модифицирующей добавки ГПВД-5
№ примера
В/Т (водотвердое отношение
Сроки, мин начало конец
Расплыв по Суттарту, мм
Прочность через 28 суток, МПаИзгиб Сжатие
Водопоглощение, %
Морозостойкость, циклы
Коэффициент размягчения
1
0,2
35
60
300
16
57
2,4
55
0,82
2
0,2
30
60
300
18
60
2,0
100
0,85
3
0,3
40
90
300
16
56
2,5
100
0,83
4
0,3
40
90
300
16
58
2,6
100
0,85
5
0,3
45
90
290
17
59
2,4
100
0,86
6
0,2
45
110
300
35
82
1,1
100
0,86
7
0,18
60
120
290
45
96
0,8
100
0,96
8
0,19
50
120
300
40
94
0,9
100
0,95
9
0,4
50
90
170
6
50
7,8
35
0,71
Из данных табл.2 видно, что предлагаемая комплексная модифицирующая добавка для бетонных растворов, сухих строительных смесей по данному техническому решению имеет существенные преимущества перед прототипом и известными способами по прочностным показателям, водопоглощению, коэффициенту размягчения, морозостойкости, литьевым свойствам, а также по энергетическим затратам за счет меньших объемов добавки.