КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР К ЦЕМЕНТНОМУ БЕТОНУ
COMPLEX MODIFIER TO CEMENT CONCRETE

Изобретение относится к производству цементных бетонов общестроительного назначения. Бетоны содержат комплексный модификатор, состоящий из минерального носителя (подложки) и поверхностно-активного вещества (ПАВ) пластифицирующего действия.
Известен минеральный наполнитель в виде тонкомолотого кварцевого песка и т.д. В результате введения этого наполнителя возрастает прочность цементной композиции /Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве /В.И.Соломатов, А.Н.Бобрышев, К.Г.Химмлер. - М.: Стройиздат, 1988, - 198 с./ [1].
Недостатком полученного состава является отсутствие положительного влияния на адгезионную прочность цементного теста к заполнителю и низкая морозостойкость бетона.
3
3
2
Известен состав, включающий минеральный носитель - карбонатный шлам (побочный продукт водоумягчения на ТЭС), состоящий из 90-95% СаСО и 5-10% Fe(ОН) с удельной поверхностью твердых частиц 5-7 тыс.см/г /А.с. №709593. Сырьевая смесь для получения керамзитобетона / А.А.Новопашин, С.Ф.Коренькова [и др.] - Опубл. 1979 / [2]. Достоинством состава является повышенная прочность на сжатие бетона.
Недостатком этого состава является повышенная водопотребность цемента, что способствует в процессе гидратации его образованию более пористой структуры камня и пониженной морозостойкости.
Наиболее близким по технической сущности является комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов, в котором в качестве минеральной добавки использован карбонатный шлам, а ПАВ - воздухововлекающее вещество - алкиларилсульфонат натрия / Пат.2205809 Российская Федерация, МПК С04В 28/02/ (С04В 28/02, 24:24), 111:20. Комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов / С.Ф.Коренькова, Д.А.Горюхин; заявитель и патентообладатель СамГАСА. - №2001109831; заявлено 11.04.2001; опубл. 10.06.2003. Бюл. - 2003. - №16. / [3]. Принят за прототип.
Сущностью изобретения является повышение качества бетонной смеси.
Техническим результатом является повышение долговечности цементного бетона, а именно водо- и морозостойкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном составе, включающем минеральный носитель - карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество ПАВ редуцирующего действия, особенностью является то, что он в качестве указанного ПАВ содержит поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный карбонатный шлам
99,5
поликарбоксилатный эфир
0,5
при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента.
ПАВ пластифицирующего действия - высокоактивная химическая добавка Бисил СЦЦ. Высокая степень снижения водоцементного отношения достигается за счет активного редуцирующего действия поликарбоксилатного эфира (ПКЭ), используемого в качестве ПАВ.
2
3
2
Карбонатный шлам представляет собой осадок, образуемый при водоумягчении воды на теплоэлектростанции г. Самары следующего состава: CaO - 86%, MgO - 12%, FeO - 2%. Основным минералом шлама является карбонат кальция, который находится в виде тонкодисперсных фракций с удельной поверхностью частиц 10000 см/г. Последнее определяет его высокую поверхностную активность.
Установлена максимальная дозировка ПКЭ - 0,5% от массы комплексного модификатора (в расчете на сухое вещество). ПКЭ перемешивается с карбонатным шламом до образования комплексной добавки и затем подается в бетонную смесь.
2
3
3
2
Физико-химические процессы в комплексном модификаторе и цементе позволяют синергетически усилить полезные свойства компонентов (пластифицирующий эффект возрастает в 2-2,5 раза, прочность - на 40-50%, В/Ц снижается с 0,55 до 0,38). Результатом химического взаимодействия высокодисперсного карбоната кальция с алюминатами цементного клинкера является образование нового кристаллического соединения волокнистой структуры - гидрокарбоалюмината кальция (3СаО·AlО·СаСО·11НО), что создает дополнительное увеличение прочности бетона.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Для приготовления бетонных смесей использовали: карбонатный щебень фракций 5-20 мм; цемент марки 400ДО, кварцевый песок размером 0,2…2,5 мм, а также 0,5% ПКЭ от массы модификатора (в расчете на сухое вещество). Поликарбоксилатный эфир, представляющий собой модифицированный карбоксиловый эфир, относится к группе гиперпластификаторов. После приготовления комплексного модификатора в количестве 15, 20 и 25% от массы цемента вводили в бетонную смесь и после перемешивания изготавливали контрольные образцы для определения прочности, плотности, морозостойкости и водостойкости бетона по стандартным методикам (после 28 суток твердения в нормальных условиях).
В таблице 1 приведены составы тяжелого цементного бетона, а в таблице 2 - результаты их испытаний.
Таблица 1
Составы бетонных смесей (известный и заявляемые)
№ состава
Содержание компонентов, кг на 1 м<sup>3</sup> смеси
Комплексный модификатор, % от массы цемента
Цемент
Щебень
Песок
Вода
Комплексный модификатор
1
300
1150
550
165
-
0
2
300
1150
550
125
45
15
3
300
1150
550
135
60
20
4
300
1150
550
155
75
25
Таблица 2
Физико-механические свойства бетонов
№ состава
Плотность бетона, кг/см<sup>3</sup>
Прочность на сжатие, МПа
Морозостойкость, кол-во циклов
Коэффициент размягчения
Кол-во свободногоСа(ОН)<sub>2</sub>
1
2250
21,0
150
0,87
2,5
2
2150
30,0
250
0,94
2,55
3
2120
31,0
250
0,92
отсутствует
4
2100
25,0
200
0,9
отсутствует
Применение комплексного модификатора позволяет получить существенный технико-экономический эффект за счет снижения водопотребности цемента, улучшения пластических свойств бетонной смеси, а также уменьшения макропористости при одновременном увеличении объема микропор, в результате чего достигается повышенная долговечность (водо-, коррозие-, морозостойкость), прочность бетона.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве / В.И.Соломатов, А.Н.Бобрышев, К.Г.Химмлер. - М.: Стройиздат, 1988, - 198 с.
2. А.с. №709593. Сырьевая смесь для получения керамзитобетона / А.А.Новопашин, С.Ф.Коренькова [и др.] - Опубл. 1979.
3. Пат. 2205809 Российская Федерация, МПК С04В 28/02/ (С04В 28/02, 24:24), 111:20. Комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов / С.Ф.Коренькова, Д.А.Горюхин; заявитель и патентообладатель СамГАСА. - №2001109831; заявлено 11.04.2001; опубл. 10.06.2003. Бюл. - 2003, - №16.