КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА
COMPLEX ADDITIVE

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к составам добавок, используемых при производстве изделий из малоподвижных и жестких бетонных смесей с применением технологий классического вибрационного формования, экструзионного формования и вибропрессования.
Производство жестких бетонов с применением технологии вибропрессования заключается в уплотнении полусухой (жесткой) бетонной смеси посредством воздействия вибрирующей силы снизу или сбоку пресс-формы при одновременном давлении сверху. Применение данного метода высокопроизводительно, предусматривает высокую степень автоматизации, дает возможность использовать жесткую бетонную смесь (жесткость 30 с и более), что обеспечивает высокую прочность и морозостойкость бетонных изделий.
При промышленном производстве жестких бетонов и изделий из него методом вибропрессования необходимо, чтобы смесь не была излишне жесткой, чтобы после распалубки (снятия оснастки) изделия сохраняли свою форму и не осыпались при дальнейшем транспортировании в зону вылеживания и (или) термовлажностной обработки. В то же время нельзя допускать излишней пластичности смеси. При этом необходимо, чтобы после снятия нагрузки, прикладываемой к бетонной смеси в процессе вибропрессования, бетонные смеси быстро твердели. Бетоны должны иметь высокую прочность при сжатии как на ранних сроках, так и в зрелом возрасте.
При производстве изделий по экструзионной технологии (как правило, многопустотных плит перекрытия) также существуют жесткие требования к реологии бетонной смеси. Смесь не должна легко укладываться (чтобы не допускать разрывов и задиров при проходе формовочной машины), но после прохождения участка формования должна сохранять приданную геометрию (в т.ч. внутренних каналов), т.е. обладать выраженной тиксотропией.
Для управления реологическими свойствами бетонных смесей применяются различные добавки.
Известно использование воздухововлекающих добавок для повышения формуемости при производстве изделий из малоподвижных и жестких бетонных смесей. В качестве таких добавок широкое применение получили побочные продукты лесохимии, в частности, полученные из древесной смолы СДО (смола древесная омыленная) и СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая). [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 указанных добавок позволяет получать бетонные смеси с улучшенной технологичностью за счет увеличения количества воздушных пузырьков в бетонной смеси и уменьшения их размеров, что приводит к проявлению «подшипникового эффекта». В результате заметно повышается удобоукладываемость жестких бетонных смесей. Однако существенными недостатками таких добавок является снижение прочности бетона как в ранние сроки, так и зрелого, а также высокое значение В/Ц отношения. Применение воздухововлекающей добавки не обеспечивает необходимой тиксотропии бетонной смеси, т.е. способности уменьшать вязкость (разжижаться) от механического воздействия и увеличивать вязкость в состоянии покоя.
Частично указанные недостатки устранены в комплексной добавке [Патент РФ №2333172 «Комплексная добавка для бетонной смеси»], в состав которой входят пластификатор С-3, минеральный наполнитель, включающий диоксид кремния, а также смола древесная омыленная, при этом в качестве наполнителя - цеолитсодержащий отход или природный цеолит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пластификатор С-3 - 23-27, смола древесная омыленная - 0,2-2, минеральный наполнитель - остальное. Комплексная добавка может содержать перлит в качестве указанного минерального наполнителя и дополнительно - лигносульфонаты в количестве 5-7% мас. и смолу нейтрализованную воздухововлекающую в количестве до 2% мас. Добавка обладает пластифицирующей способностью, однако не обеспечивает существенного понижения В/Ц и необходимой тиксотропии бетонных смесей.
Наиболее близким аналогом является добавка, представленная в заявке [WO 2009144081], которая содержит стабилизаторы и лигносульфонаты, при этом также в составе добавки могут быть использованы воздухововлекающие добавки и ускорители твердения.
Недостатком указанной добавки является невозможность обеспечения необходимой тиксотропии малоподвижных и жестких бетонных смесей.
Технической задачей настоящего изобретения является получение комплексной добавки, обеспечивающей необходимые тиксотропные свойства малоподвижных и жестких бетонных смесей и ускоряющей набор прочности.
Решение поставленной технической задачи в настоящем изобретении достигается тем, что комплексная добавка включает лигносульфонаты, добавку воздухововлекающего действия, ускоритель твердения и регулятор тиксотропных свойств. Комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%): лигносульфонаты - 30-70; добавка воздухововлекающего действия - 2-7; ускоритель твердения - 15-60; регулятор тиксотропных свойств - 5-15.
В качестве добавки воздухововлекающего действия используют алкилсульфаты, алкилсульфонаты, этоксилированные жирные спирты, соли сульфоэтоксилированных жирных спиртов или смесь любых указанных соединений. В качестве ускорителя твердения используют роданид натрия, тиосульфат натрия, сульфат натрия, формиат натрия или кальция, алканоламины или смесь двух или более указанных соединений.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки установлен экспериментально и является оптимальным.
Применение лигносульфонатов в качестве добавки пластифицирующего действия позволяет при обеспечении минимально необходимого пластифицирующего эффекта получить бетонную смесь с большей пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига, т.е. с улучшенной тиксотропией. При содержании лигносульфонатов более 70% ухудшаются прочностные характеристики бетона после ТВО и в 28-ми суточном возрасте, а также наблюдается недопустимо низкое предельное напряжение сдвига, вследствие чего отмечается нарушение геометрии отформованных изделий.
При содержании в составе комплексной добавки лигносульфонатов менее 30% получают жесткую смесь с плохой удобоукладываемостью или составы с увеличенным В/Ц.
Содержание в составе комплексной добавки воздухововлекающего компонента более 7% снижает прочность бетона как непосредственно после ТВО, так и в 28-ми суточном возрасте. При содержании менее 2% не наблюдается «подшипниковый эффект», соответственно, возрастет жесткость бетонной смеси.
Содержание ускорителя твердения более 60% приводит на некоторых цементах к существенному ускорению схватывания, приводящему к невозможности качественного формования изделий в производстве, а меньше 15% - к замедлению набора прочности после снятия нагрузки.
Наличие в состав комплексной добавки 5-15% регулятора тиксотропных свойств обеспечивает повышение удобоукладываемости жесткой бетонной смеси при вибровоздействии и отсутствие отрицательного влияния на процессы твердения бетона в последующем. При его содержании более 15% в составе комплексной добавки проявляется избыточная тиксотропия бетонной смеси и не достигается необходимое уплотнение бетонной смеси в интервале вибрационных нагрузок, обеспечиваемых промышленным оборудованием. Если содержание регулятора тиксотропных свойств в составе комплексной добавки составляет менее 5%, то он практически не оказывает влияния на тиксотропные свойства бетонной смеси.
Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Для приготовления комплексной добавки-прототипа использованы ЛСТ - 26%; регулятор тиксотропных свойств - полиалкиленгликоль - 10; ускоритель твердения - нитрат натрия - 24, воздухововлекающая добавка олеат натрия - 40.
Для приготовления комплексной добавки по изобретению в качестве пластифицирующего компонента используют лигносульфонаты, в качестве добавки воздухововлекающего действия используют алкилсульфаты, алкилсульфонаты, этоксилированные жирные спирты, соли сульфоэтоксилированных жирных спиртов или смесь любых указанных соединений. В качестве ускорителя твердения используют роданид натрия, тиосульфат натрия, сульфат натрия, формиат натрия или кальция, алканоламины или смесь двух или более указанных соединений. В качестве регулятора тиксотропных свойств используют полиметиленоксид, полиоксиэтилен, глицерин, пентаэритрит.
Пример 1 ЛСТ - 30; добавка воздухововлекающего действия - лаурилсульфат - 5; ускоритель твердения - тиосульфат натрия - 60; регулятор тиксотропных свойств - полиметиленоксид - 5;
Пример 2 ЛСТ - 70; добавка воздухововлекающего действия - лаурилсульфонат - 3; ускоритель твердения - смесь сульфата натрия, тиосульфата натрия и роданида натрия - 22; регулятор тиксотропных свойств - полиоксиэтилен - 5;
Пример 3 ЛСТ - 40; добавка воздухововлекающего действия - этоксилированный дециловый спирт - 7; ускоритель твердения - роданид натрия - 38; регулятор тиксотропных свойств - глицерин - 15;
Пример 4 ЛСТ - 58; добавка воздухововлекающего действия Na-соль этоксилированных жирных спиртов - 2; ускоритель твердения - формиат натрия - 30; регулятор тиксотропных свойств - пентаэритрит - 10;
Пример 5 ЛСТ - 66; добавка воздухововлекающего действия - Na-соль этоксилированных жирных спиртов - 7; ускоритель твердения - смесь диэтаноланоламина, тиосульфата и роданида натрия (20:30:50) - 15; регулятор тиксотропных свойств - полиметиленоксид - 12;
Пример 6 ЛСТ - 55; добавка воздухововлекающего действия - смесь децилсульфата и этоксилированных жирных спиртов (50:50) - 6; ускоритель твердения - моноэтаноламин - 27; регулятор тиксотропных свойств - глицерин - 12;
Пример 7 ЛСТ - 40; добавка воздухововлекающего действия - смесь алкалсульфат + алкилсульфонат, + этоксилированный жирный спирт (30:40:30) - 6; ускоритель твердения - сульфат натрия - 40; регулятор тиксотропных свойств - полиоксиэтилен - 14;
Пример 8 ЛСТ - 50; добавка воздухововлекающего действия - этоксилированный жирный спирт - 7; ускоритель твердения - роданид натрия -10; регулятор тиксотропных свойств - полиоксиэтилен - 3;
Пример 9 ЛСТ - 25; добавка воздухововлекающего действия - децилсульфонат - 2; ускоритель твердения - смесь сульфата натрия, тиосульфата натрия и роданида натрия - 65; регулятор тиксотропных свойств - пентаэритрит - 8;
Пример 10 ЛСТ - 75; добавка воздухововлекающего действия - Na-соль этоксилированных жирных спиртов - 5; ускоритель твердения - смесь триэтаноламина, тиосульфата и роданида натрия (20:30:50) - 10; регулятор тиксотропных свойств - глицерин - 10.
3
Для оценки влияния комплексных добавок на свойства бетонной смеси и бетона по сравнению с прототипом испытания проводились на бетонной смеси состава (кг/м): цемент - 400, песок - 850, щебень - 990. Добавки дозировались по сухому веществу в процентах от массы цемента. Режим тепловлажностной обработки принимался по ГОСТ 30459-2008: 3+3+6+2 с температурой изотермии 80°С. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180. Жесткость определялась по ГОСТ 10181 на установке Вебе. В экспериментах использовали портландцемент ПЦ 500 Д0 Новороссийского цементного завода.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
При сопоставлении характеристик бетонов с добавкой-прототипом и добавкой по изобретению (табл.1) видно, что применение добавки по изобретению позволяет существенно снизить жесткость бетонов и таким образом получить бетонную смесь с лучшей удобоукладываемостью. Применение добавки по изобретению также позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики бетона как непосредственно после ТВО, так и в зрелом возрасте. Так для состава с добавкой по изобретению (пример 7) прочность бетона на сжатие после ТВО составила 40,7 МПа, что на 14,3% выше прочности бетона с добавкой-прототипом. В дальнейшем различие в прочностных характеристиках возрастает, так в возрасте 28 суток оно составляет 18,3%. При этом такое увеличение достигается именно за счет эффекта добавки, а не за счет В/Ц-отношения, которое остается постоянным.
3
В таблице 1 также представлены результаты испытаний, показывающие невозможность обеспечения эффективности добавки по всем заявленным параметрам при выходе за указанные пределы содержания составляющих ее компонентов и результаты испытаний с граничным содержанием компонентов. Испытания проводились на бетонной смеси состава (кг/м): цемент - 450, песок - 830, щебень - 970. Дозировка добавок всех составов составляла 0,1% от массы цемента.
Примеры 1, 2, 3, 4, 5 - являются примерами с предельным содержанием компонентов по изобретению, примеры 8, 9, 10 - являются запредельными составами.
При граничных значениях содержания компонентов комплексной добавки [пример 1 (минимальное содержание лигносульфонатов (30%) и регулятора тиксотропных свойств (5%), максимальное содержание ускорителя твердения (60%)) и пример 2 (максимальное содержание лигносульфонатов (70%) и минимальное содержание регулятора тиксотропных свойств (5%))] не наблюдается существенных изменений жесткости бетона, плотности и снижения его прочности как после ТВО, так и в 28-ми суточном возрасте, т.е. заявляемый эффект от применения добавки проявляется во всем заявленном диапазоне составов комплексной добавки.
При запредельном содержании компонентов в составе комплексной добавки не наблюдается заявляемого эффекта от ее применения. Содержание добавки воздухововлекающего действия более 7%, а регулятора тиксотропных свойств менее 5% (пример 8) приводит к снижению прочности бетона как сразу после ТВО, так и в 28-ми суточном возрасте по сравнению с вариантом по изобретению (пример 5, 6), при этом добавка такого состава практически не оказывает влияния на тиксотропные свойства бетонной смеси. Содержание лигносульфонатов менее 30%, ускорителя твердения более 60% (пример 9) приводит к снижению пластификации бетонной смеси, получению жесткой смеси с плохой удобоукладываемостью по сравнению с добавкой по изобретению (например, примеры 4, 5, 6). Содержание лигносульфонатов более 70%, ускорителя твердения менее 15% (пример 10) приводит к существенному снижению прочности бетона как после ТВО, так и в 28-ми суточном возрасте по сравнению с вариантом применения добавки по изобретению с граничным содержанием пластификатора (пример 2).
Таким образом, предлагаемая комплексная добавка обеспечивает необходимые тиксотропные свойства малоподвижных и жестких бетонных смесей и ускоряет набор прочности.
Таблица 1
№
Состав добавки, мас.%
В/П
Жесткость, сек
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность, МПа
ЛСТ
воздухововлекающая добавка
ускоритель твердения
регулятор тиксотропных свойств
после ТВО
28 сут
1.
Прототип
26
10
24
40
0,38
10
2360
35,6
40.3
2
Пример 1
30
5
60
5
0,36
6
2460
45,9
51,3
3.
Пример 2
70
3
22
5
0,36
6
2470
43,7
50,7
4.
Пример 3
40
7
38
15
0,36
5
2440
43,6
49,2
5.
Пример 4
58
2
30
10
0,36
7
2450
43,5
50,1
6.
Пример 5
66
7
15
12
0,36
6
2440
41,9
49,8
7.
Пример 6
55
6
27
12
0,36
6
2440
43,6
50,4
8.
Пример 7
40
7
38
15
0,38
3
2440
40,7
47,7
9.
Пример 8
50
10
37
3
0,36
4
2420
38,6
44,1
10.
Пример 9
25
2
65
8
0,38
12
2430
39,5
46,3
11.
Пример 10
75
5
10
10
0,36
7
2430
37,3
45,0