Композиция для защиты бетонных поверхностей и способ защиты бетонных поверхностей
Патент 2363681
Авторы
- Алимов Анатолий Георгиевич (RU)
- Алимов Олег Анатольевич (RU)
- Карпунин Василий Валентинович (RU)
- Карпунин Василий Васильевич (RU)
- Новиков Леонид Васильевич (RU)
Правообладатели
Классы МПК
Композиция для защиты бетонных поверхностей и способ защиты бетонных поверхностей
Иллюстрации
Изобретение относится к составам бетонных смесей, используемых для защиты бетонных поверхностей монолитных, сборных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, а также к способам нанесения защитного покрытия на защищаемые поверхности. Технический результат изобретения состоит в ускорении набора прочности и повышении водонепроницаемости при низких температурах (5-10°С) в ранние сроки твердения. Композиция для защиты бетонных поверхностей содержит, мас.%: портландцемент 36,0-38,0, песок 39,0-46,5, нитрат натрия 0,9-1,7, карбонат натрия 2,0-3,0, сульфат натрия 2,5-3,0, хлорид кальция 0,05-0,15, карбид кальция 0,75-1,15, гидроксид кальция 0,8-1,0, рассол выщелачивания рапы - бишофит сульфатного типа плотностью 1,24-1,35 т/м3 2,0-3,0, вода - остальное. Способ защиты бетонных поверхностей с нанесением указанной выше композиции включает предварительную обработку защищаемой поверхности на глубину открытой поровой системы бетона путем выполнения на ней систематически расположенных углублений с образованием ячеистой поверхности площадью большей, чем площадь защищаемой поверхности, пропитывание водой ячеистой поверхности в течение 36-48 часов, причем указанную площадь ячеистой поверхности устанавливают в зависимости от температуры пропитанного водой бетона перед нанесением на него защитной композиции из выражения: S=[1,4-k(t-5)]·ω, где S - площадь ячеистой бетонной поверхности, м2; k=0,01°C-1 - коэффициент размерности; t - температура бетона, °С; ω - площадь защищаемой поверхности, м2. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 табл.
Реферат
Изобретение относится к составам бетонных смесей, используемых для защиты бетонных поверхностей ремонтируемых и вновь изготовляемых монолитных, сборных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения, а также к способам нанесения защитного покрытия на защищаемые поверхности.
Известны защитные композиции на основе цементного вяжущего с неорганическими ионогенными добавками и способы защиты бетонных поверхностей путем нанесения на них защитных композиций. Для таких защитных покрытий существует проблема обеспечения равнопрочностных характеристик бетона защитного слоя и защищаемого бетона. Результаты несовместимости проявляются через 3-5 лет в виде растрескивания и отслаивания защитного слоя.
Известна композиция для реставрации древних сооружений (см. RU Патент №2017704, кл. С04В 41/62, 1994), содержащая 62-68% портландцементного клинкера, 3-10% нитрата натрия, 2-5% хромата калия, остальное - вода. Данная композиция при нанесении ее на поверхность камня имеет высокую морозостойкость (360-400 циклов) и адгезию к камню (разрыв по камню).
Однако серьезным недостатком данной композиции является низкая скорость схватывания и твердения (1-2 сут). Такая скорость схватывания и твердения при использовании данной композиции для защиты поверхности бетона приводит к нарушению нормального процесса гидратации и к получению некачественного защитного покрытия (рыхлость, отслаивание, трещиноватость). Кроме того, отсутствие в композиции минерального наполнителя обуславливает значительную ее усадку в процессе твердения, что также снижает прочностные характеристики защитного покрытия.
Известна композиция Penetron (см. General Instructions for the Penetron system, JCS / Penetron International Ltd, №4, 1993), содержащая портландцемент, кварцевый, песок и комплекс химических реагентов. Качественный анализ композиции, проведенный в институте Тектоники и геофизики РАН, показал, что в состав комплекса химических реагентов входят катионы щелочных и щелочно-земельных металлов (Са2+, Na+, Mg2+), а также гидроксид, хлорид, карбонат, сульфат и алюминат, анионы (ОН-, Cl-, CO2- 3,
SO-2 4, AlO- 2).
Водный раствор композиции получают перемешиванием трех ее частей с одной частью воды. После нанесения водного раствора Penetron на защищаемую бетонную поверхность происходит направленная диффузия ионов, содержащихся в растворе, в капиллярную (поровую) систему защищаемого бетона. Высокая концентрация солей в составе Penetron вызывает значительную разницу осмотического давления раствора в поверхностном слое и в массе защищаемого бетона. За счет этой разницы более пресная вода движется из массы бетона к поверхности, а ионы солей от поверхности в глубину защищаемого бетона. Взаимодействие химических компонентов в капиллярной системе бетона приводит к образованию в ней кристаллов малорастворимых солей гидрата сульфоалюмината и карбоната кальция, которые кольматируют поровое пространство на расстоянии до 1 м от устья пор. Причем образование этих кристаллов происходит с увеличением объема, что способствует более плотному заполнению капилляров кристаллами. Кроме того, взаимодействие химических компонентов в поровом пространстве связывает капиллярную воду. Кольматация порового пространства бетона кристаллами малорастворимых солей, а также связывание поровой жидкости приводит к понижению водопоглощения и водопроницаемости.
Достоинством известной композиции является то, что при эксплуатации во влажной среде процесс кристаллообразования активизируется (возобновляется). При этом происходит дальнейшее развитие кристаллов вглубь защищаемого бетона. Развитие кольматации способствует еще большему понижению водопроницаемости и водопоглощения бетона. Другим достоинством защитной композиции Penetron является ее быстрое схватывание (не менее 30 мин) благодаря наличию в ней хлорид и нитрат анионов.
Однако композиция Penetron имеет низкие показатели прочности. В процессе схватывания композиции образуется значительное количество кристаллов гидрата сульфоалюмината и карбоната кальция. Процесс происходит со значительным увеличением объема. Это свойство положительно влияет на кольматацию пор защищаемого бетона. Однако в твердеющем бетоне защитного слоя оно приводит к негативным последствиям, а именно к образованию микротрещин. Причем значительная часть трещин развивается вблизи сопрягаемых поверхностей старого бетона и защитного слоя, что часто приводит к отслаиванию участков защитного слоя.
Наиболее близким аналогом по своей сущности к заявленному изобретению является композиция для защиты бетонных поверхностей, включающая портландцемент, песок, воду и неорганическую ионогенную комплексную добавку, содержащую нитрат, карбонат, сульфат натрия и хлорид, карбид, гидроксид кальция (см. RU Патент №2072335 С1. М. кл.3 С04В 28/00, В28В 19/00, Е04В 1/64. Композиция для защиты бетонных поверхностей и способ защиты бетонных поверхностей / А.В.Русинов, СМ. Баев. - Заявка №95117630/03; Заявлено 16.10.1995; Опубл. 27.01.1997).
Нанесение известной защитной композиции с неорганической ионогенной комплексной добавкой на подготовленные бетонные поверхности при температуре +20…+30°С позволяет получить достаточно прочный, водонепроницаемый и морозостойкий защитный слой с хорошим сцеплением со старым бетоном и высоким сопротивлением к агрессивным средам.
Однако при низких температурах окружающей среды (5... 10°С) эта композиция имеет недостаточное ускорение набора прочности и водонепроницаемости в ранние сроки твердения, а также резко снижается диффузия активных химических компонентов композиции в капиллярную систему старого бетона, что замедляет процесс его уплотнения и упрочнения.
Известны также способы защиты бетонных строительных конструкций путем нанесения на предварительно подготовленные поверхности защитных композиций, содержащих неорганическую ионогенную комплексную добавку, компоненты которой при взаимодействии между собой и составляющими цементного камня защищаемой поверхности кольматируют ее поровое пространство.
Операция подготовки поверхности является важным звеном в технологическом процессе защиты. Традиционные методы подготовки поверхности сводятся к сплошной зачистке поверхности бетона до структурно чистой поверхности, что представляет собой самую трудоемкую операцию.
Известен способ реставрации сооружений из разрушающегося камня (см. RU Патент №2017704, кл. С04В 41/62, 1994), включающий предварительную подготовку реставрируемого участка и нанесение на его поверхность композиции, в состав которой входят цемент, вода и неорганическая ионогенная комплексная добавка из нитрата натрия и хромата калия.
Подготовка защищаемой поверхности осуществляется путем очистки поверхности от легко удаляемых слоев. Очистку проводят сжатым воздухом под давлением не более 0,2 МПа, а водный раствор защищаемой композиции наносят на поверхность камня или вводят в трещины и пустоты между камнями под давлением 0,1-0,6 МПа. Композиция легко заполняет заделываемые полости и надежно удерживается на поверхности камня.
При использовании данного способа для защиты поверхностей бетонных сооружений из-за низкой скорости схватывания и твердения, приводящей к нарушению нормального процесса гидратации, защищаемое покрытие имеет низкие прочностные характеристики.
Известен также способ защиты поверхностей бетонных сооружений композицией Penetron (General Instructions for the Penetron system, JCS / Penetron International Ltd, №4, 1993). Указанный способ включает предварительную подготовку защищаемой поверхности. Для этого поверхность очищают от высолов, загрязнений, масел и пр. известными способами с помощью пескоструйного аппарата водой под большим давлением или протравливают кислотой. Затем с поверхности бетона счищают карбанизованный слой до открытия устьев капиллярной системы. Толщина снимаемого слоя не менее 0,25 мм.
Поверхность бетона с открытой поровой системой увлажняют, после чего быстро и равномерно, например насосом, наносят раствор композиции Penetron слоем 25-32 мм. В состав композиции Penetron входит портландцемент, кварцевый песок и ионогенная комплексная добавка, включающая катионы щелочных и щелочно-земельных металлов.
Благодаря открытию пор на поверхности старого бетона при нанесении композиции Penetron легко происходят следующие процессы: диффузия компонентов композиции в капиллярную систему бетона, диффузия поровой воды на поверхность, кольматация пор старого бетона малорастворимыми кристаллами гидрата сульфоалюмината карбоната кальция на расстоянии до 1 м от устья пор. Эти процессы обеспечивают очаговое срастание поверхностей защищаемого и защитного бетона, что приводит к высокому сцеплению сопрягаемых поверхностей.
Однако интенсивные процессы диффузии вблизи сопрягаемых поверхностей вызывают усадочные напряжения в защитном слое, прилегающем к поверхности раздела, что в сочетании с низкой прочностью защитного слоя приводит к образованию микротрещин и трещин. Наличие таких дефектов приводит к отслаиванию участков защитного слоя, что еще более снижает его прочностные характеристики. В случае нарушения целостности защитного покрытия на оголенных участках старого бетона с отрытой поровой системой прекращается поступление компонентов композиции в капиллярную систему. При этом разница осмотического давления в устьях и истоках капилляров поровой системы бетона уменьшается. В конечном итоге осмотическое давление выравнивается. Это ведет к прекращению кольматации пор и к постепенному вымыванию ранее сформированных в капиллярах кристаллов новообразований, что уменьшает водонепроницаемость бетона.
К недостаткам известного способа защиты следует отнести и то, что сплошная обработка поверхности до глубины открытой поровой системы является трудоемкой операцией.
Наиболее близким по заявляемой сущности и достигаемому результату является способ защиты бетонных поверхностей, включающий обработку защищаемой поверхности на глубину открытой поровой системы бетона путем выполнения систематически расположенных на ней углублений с образованием ячеистой поверхности площадью 1,15-1,36 площади защищаемой поверхности (см. RU Патент №2072335 С1. М. кл.3 С04В 28/00, В28В 19/00, Е04В 1/64. Композиция для защиты бетонных поверхностей и способ защиты бетонных поверхностей / А.В.Русинов, С.М.Баев. - Заявка №95117630/03; Заявлено 16.10.1995; Опубл. 27.01.1997).
Однако вышеописанный способ защиты бетонных поверхностей не предусматривает промачивание бетона водой перед нанесением на него защитной композиции и последующий влажностный уход за обработанной бетонной поверхностью после нанесения на нее защитной композиции, что приостанавливает эффективный процесс проникновения активных химических компонентов вглубь тела бетона. Кроме того, в этом способе защиты не учитывается влияние температуры окружающей среды на величину площади подготовки ячеистой бетонной поверхности на глубину открытой поровой системы бетона. При этом, чем ниже температура, тем медленнее происходит набор прочности защитного состава и замедляется уплотнение и упрочнение старого бетона из-за снижения процесса диффузии активных химических компонентов композиции в капиллярную систему бетона. В этой связи чем ниже температура окружающей среды, тем большую площадь с образованием ячеистой бетонной поверхности (с углублениями) потребуется подготовить на глубину открытой поровой системы бетона, для того чтобы усилить процесс проникновения активных химических компонентов защитной композиции в капиллярную систему старого бетона с целью его уплотнения и упрочнения.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем:
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности композиции для защиты бетонных поверхностей и способа защиты бетонных поверхностей.
Технический результат - ускорение набора прочности и водонепроницаемости защитной композиции и защищаемого бетона при низких температурах (5…10°С) в ранние сроки твердения.
Указанный технический результат в части композиции для защиты бетонных поверхностей достигается тем, что в известной композиции для защиты бетонных поверхностей, включающей портландцемент, песок, воду и неорганическую ионогенную комплексную добавку, содержащую нитрат, карбонат, сульфат натрия и хлорид, карбид, гидроксид кальция, согласно изобретению в указанной комплексной добавке дополнительно содержится рассол выщелачивания рапы - бишофит сульфатного типа плотностью 1,24-1,35 т/м3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 36,0-38,0 |
| Песок | 39,0-46,5 |
| Нитрат натрия | 0,9-1,7 |
| Карбонат натрия | 2,0-3,0 |
| Сульфат натрия | 2,5-3,0 |
| Хлорид кальция | 0,05-0,15 |
| Карбид кальция | 0,75-1,15 |
| Гидроксид кальция | 0,8-1,0 |
| Указанный рассол | 2,0-3,0 |
| Вода | Остальное |
Технический результат в части способа защиты бетонных поверхностей достигается тем, что известный способ защиты бетонных поверхностей с нанесением композиции включает предварительную обработку защищаемой поверхности на глубину открытой поровой системы бетона путем выполнения систематически расположенных на ней углублений с образованием ячеистой поверхности площадью, большей, чем площадь защищаемой поверхности, пропитывание водой ячеистой поверхности в течение 36-48 часов, причем площадь подготовленной ячеистой поверхности устанавливают в зависимости от температуры пропитанного водой бетона перед нанесением на него защитной композиции из выражения
S=[1,4-k(t-5)]·ω,
где S - площадь ячеистой бетонной поверхности, подготовленной к нанесению защитной композиции;
k=0,01°С-1 - коэффициент размерности;
t - температура бетона, пропитанного водой, °С;
ω - площадь защищаемой поверхности, м2.
Для повышения эффективности проникновения активных химических компонентов защитной композиции вглубь тела бетона с целью дальнейшего его уплотнения и упрочнения по всему объему обработанные бетонные поверхности после нанесения на них защитной композиции с неорганической ионогенной комплексной добавкой на трое суток укрывают влажной грубой тканью или полиэтиленовой пленкой.
Предлагаемая по изобретению композиция для защиты бетонных поверхностей - это химически сбалансированный неорганический модификатор цементсодержащих строительных материалов, разработанный для улучшения неразвитых свойств цементного камня.
Защитная композиция определенного в изобретении состава представляет собой полифазный конгломерат труднорастворимых аморфно-кристаллических новообразований в диффузном слое защитного состава и защищаемого бетона, образуемый в результате реакций эстафетно-обменного типа между вносимыми активными химическими добавками защитного состава и низкоинерционными химическими веществами защищаемого бетона.
Благодаря открытию пор на поверхности старого бетона по способу изобретения и нанесению на подготовленные бетонные поверхности предлагаемой защитной композиции с неорганической ионогенной комплексной добавкой, достигается эффект водонепроницаемости бетона за счет ряда строго последовательных реакций, продолжающихся во времени, проходящих внутри структуры защищаемого материала между его составляющими и компонентами, содержащимися в растворе защитной композиции по изобретению
При этом на участках с открытой поровой системой компоненты защитной композиции легко диффундируют в массу старого бетона, а капиллярная влага - на поверхность. В капиллярной системе происходят реакции с образованием кристаллических структур (реакции 4-7, 9, 10), которые кольматируют поры и образуют общий каркас с защитным покрытием. Кольматация пор происходит радиально по всем направлениям, в том числе и в направлениях, параллельных поверхности контакта на расстоянии 1 м от устьев пор. Поэтому выполнение одного углубления с открытой поровой системой позволяет закольматировать значительную площадь под естественным карбонизованным слоем бетона.
Таким образом, для кольматации пор старого бетона кристаллическими новообразованиями за счет компонентов защитной композиции достаточно выполнить несколько систематически расположенных на поверхности углублений с открытой поровой системой определенной площади, не прибегая к сплошной зачистке поверхности старого бетона до открытия устьев поровой системы, что значительно снижает трудозатраты на подготовку поверхности старого бетона перед нанесением на нее защитной композиции.
В зоне контакта защитного покрытия с карбонизованной поверхностью старого бетона происходит диффузия компонентов защитной композиции в карбонизованный слой, частично закольматированный карбонатом кальция. Взаимодействие компонентов защитной композиции в порах карбонизованного слоя приводит к дальнейшей кольматации и уплотнению пор за счет кристаллических новообразований (реакции 6, 7, 9, 10). Одновременно идет упрочнение карбонизованного слоя за счет последовательного образования внутри имеющихся в поровом пространстве микротрещин кристаллов малорастворимых солей гидроксохлоралюмината, гидроксонитроалюмината, гидрата, сульфоалюмината кальция (реакции 6, 9, 10), которые обладают «сшивающим» эффектом.
В результате вышеуказанных химических реакций образуются трудно- и слаборастворимые новообразования, которые заполняют капилляры, поры и микротрещены, вытесняя при этом воду. Химический состав новообразований обеспечивает высокие гидроизоляционные свойства защитной композиции за счет повышенной плотности новообразований.
Кроме того, благодаря образованию гидратных соединений на границе контакта защищаемого материала и внешней среды достигается независимость химических характеристик среды контакта от свойств материала конструкции сооружения, иными словами, санитарно-экологическая защита среды контакта. Данное обстоятельство особенно важно при использовании защитной композиции по изобретению в сооружениях хозяйственно-питьевого назначения и в мелиоративных гидротехнических сооружениях.
Формула химически активной части состава защитной композиции по изобретению позволяет придать процессу образования полифазного конгломерата в диффузионном слое эстафетный характер, что обеспечивает эффект «самозалечивания» путем блокирования пор и трещин в слое защитной композиции кристаллогидратами.
Таким образом, карбонизованный слой бетона становится плотным, практически водонепроницаемым. Высокая водонепроницаемость карбонизованного слоя препятствует диффузии компонентов защитной композиции вглубь бетона, поэтому кольматация под карбонизованным слоем происходит только через систему углублений с обнаженной поровой системой.
В результате происходящих процессов образуется система двухслойного покрытия на поверхности бетона с глубоко кольматированными порами.
Двухслойное покрытие состоит из слоя защитной композиции и преобразованного карбонизованного слоя. В случае нарушения целостности слоя из защитной композиции карбонизованный слой препятствует поступлению влаги внутрь старого бетона и вымыванию кристаллов новообразований из его капиллярной системы. Влагонепроницаемость старого бетона остается прежней. Ниличие двойного защитного слоя в сочетании с глубоко кольматированной поровой системой бетона приводит к получению высоких прочностных и влагозащитных свойств системы, а также к обеспечению широкого диапазона сопротивляемости к агрессивным средам.
Рассол выщелачивания рапы - бишофит сульфатного типа, температура замерзания которого составляет минус 45-50°С, при введении в состав защитной композиции в заданном соотношении позволяет при низких температурах (5…10°С) резко ускорить процесс диффузии активных химических компонентов композиции в капиллярную систему старого бетона и ускорить набор прочности и водонепроницаемости защитной композиции и бетона в ранние сроки твердения.
Бишофит существенно влияет на скорость гидратации клинкерных минералов в растворах модификаторов противоморозного действия. На этот процесс влияют анионы солей бишофита. На раннем процессе твердения бетона весьма значима роль катионов в добавке - бишофите. В зависимости от вида образования новых фаз реакции могут быть присоединения за счет реакций присоединения после обменной реакции ионов соли с ионами гидролиза кальция. Соли в растворе бишофита ускоряют процессы гидратации главным образом за счет повышенной ионной силы цементного раствора и растворимости C3S и . Химически силикатные фазы цемента, алит C3S и белит , а также гидросиликаты кальция индифферентны к сильным электролитам, используемым в качестве противоморозных добавок.
В целом гидратация минералов цемента в присутствии раствора бишофита сульфатного типа формулы MgCl2·6Н2О протекает по обычной схеме с образованием гидросиликата, гидросульфоалюмиката кальция и гидроалюмината кальция. Однако в отличие от силикатных фаз алюминийсодержащие фазы цемента, С3А и C4AF, а также продукты их гидратации - гидроалюминаты и гидроалюмоферриты кальция разной основности - склонны к образованию труднорастворимых двойных солей гидратов с противоморозными добавками - электролитами из раствора бишофита.
Проведенный анализ уровня технологий приготовления защитных бетонных и т.п. смесей, а также способов защиты бетонных поверхностей по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителями не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательского уровня» заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайших аналогов признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения, заключаются в следующем.
Технология приготовления бетонной смеси для влагозащиты бетонных поверхностей заключается в следующем. В мешалку загружают портландцемент, компоненты комплексной добавки и песок, перемешивают сухую смесь в течение 35-50 мин. Далее в сухую смесь, не выключая мешалки, непрерывно и равномерно подают воду и бишофит в течение 15-20 мин, после чего состав готов к нанесению на защищаемую поверхность. Количественный состав защитной композиции приведен в табл.1.
Для приготовления защитной композиции по изобретению использовались портландцемент Себряковского цементного завода марки 500, песок Орловского карьера Волгоградской области с модулем крупности 1,5, нитрат натрия, карбонат натрия, сульфат натрия, хлорид кальция, карбид кальция, гидроксид кальция. В качестве дополнительного компонента в составе ионогенной комплексной добавки по изобретению использовали рассол выщелачивания рапы - бишофит сульфатного типа плотностью 1,24-1,35 т/м3 и с молекулярной массой 203,303 в количестве 2-3 мас.%.
Состав проб рассола выщелачивания бишофита, добытого в месторождениях Волгоградской области в солевой форме, приведен в табл.2. В табл.3 показан химический анализ проб рассолов выщелачивания бишофита в Наримановском и Городищенском месторождениях Волгоградской области. Содержание макро- и микроэлементов бишофита, существенно меняющих структуру бетона, представлен в табл.4. В качестве морозостойкой добавки может быть использован хлористый магний по ГОСТ 7759-73* из Карабагазской рапы.
Качественные показатели бишофита приведены в табл.5.
| Таблица 3 | ||||
| Анализ проб рассола выщелачивания бишофита в месторождениях Волгоградской области | ||||
| Наименование компонента | Химическая формула | Месторождение | ||
| Наримановское | Городищенское | |||
| Скважина №2 | Скважина №4 | |||
| Хлор | Сl | 203,7 | 242,00 | 233,60 |
| Йод | J | не обнаружен | не обнаружен | не обнаружен |
| Сульфаты | SO4 | 1,50 | 0,85 | 0,60 |
| Гидрокарбонаты | НСО3 | 0,50 | 0,10 | 0,10 |
| Кальций | Са | 0,40 | 0,50 | 0,40 |
| Магний | Mg | 68,9 | 83,6 | 81,1 |
| Калий | К | 0,60 | 1,40 | 1,80 |
| Натрий | Na | 2,7 | не обнаружен | не обнаружен |
| Бор | В | 0,06 | не обнаружен | не обнаружен |
| Стронций | Sr | 0,0036 | 0,0019 | 0,0015 |
| Литий | Li | не обнаружен | не обнаружен | не обнаружен |
| Бром | Br | 3,05 | 3,50 | 3,40 |
| Удельная масса, г/см3 | 1,2444 | 1,3051 | 1,2948 | |
| Минерализация, г/л | 281,35 | 331,95 | 321,00 |
| Таблица 4 | ||
| Содержание макро- и микроэлементов в рассоле бишофита (скважина №4, месторождение - Городищенское, Волгоградская область) | ||
| Наименование | Химический элемент | Содержание микроэлементов, г/кг |
| Бор | В | 0,0020-0,0080 |
| Кальций | Са | 0,0030-0,0050 |
| Висмут | Wi | 0,0005-0,0010 |
| Молиблен | Mo | 0,0005-0,0010 |
| Железо | Fe | 0,0030-0,0300 |
| Алюминий | Al | 0,0010-0,0200 |
| Титан | Ti | 0,0005-0,0010 |
| Медь | Cu | 0,0001-0,0030 |
| Кремний | Si | 0,0020-0,2000 |
| Барий | Ba | 0,0001-0,0006 |
| Стронций | Sr | 0,0010-0,0200 |
| Рений | Re | 0,0001-0,0020 |
| Цезий | Cs | 0,0001-0,0010 |
| Литий | Li | 0,0001-0,0003 |
| Таблица 5 | |
| Технические требования к магнию хлористому техническому (бишофит) Magnesium chlode technical (bishofit) | |
| Наименование показателя | Нормы (допуски) |
| 1. Внешний вид | Чешуйки от белого до светло-серого цвета с оттенками от желтоватого до светло-коричневого |
| 2. Содержание ионов магния (Mg+2), %, в пересчете на MgCl2·6Н2О, %, не менее | 11,8 |
| 96 | |
| 3. Содержание хлористого кальция в пересчете на СаО, %, не более | 0,2 |
| 4. Содержание сульфат-ионов (SO4 -2)%, не более | 1,1 |
| 5. Содержание ионов щелочных металлов Na++K+, %, не более | 1,0 |
| 6. Содержание нерастворимого в воде остатка, %, не более | 0,2 |
Для оценки физико-механических характеристик защитной композиции использовались бетонные образцы в возрасте 7 и 28 суток нормального твердения из защитного бетона и бетонные образцы из защищаемого бетона, предварительно пропитанные водой в течение 36 часов и покрытые слоями (4 мм) защитной композиции (табл.1). Испытания проводились по стандартным методикам. Испытания на сжатие проводились по ГОСТ 10180-90 на образцах-кубах из защитной композиции с гранью 10 см. Водонепроницаемость защитного и защищаемого бетона, пропитанного водой в течение 36 часов и покрытого слоем 4 мм защитной композиции, устанавливалась в соответствии с ГОСТ 12730.5-84* на образцах цилиндрической формы диаметром 15 см и высотой 15 см. В каждой серии, включая контрольную партию, испытывалось по 5 образцов.
В табл.1 приведены конкретные составы бетонных смесей. Результаты испытаний приведены в табл.6.
| Таблица 6 | ||||
| Номера примеров | Предел прочности на сжатие по ГОСТ 10180-90, МПа | Водонепроницаемость по ГОСТ 12730-5-84*, марка | ||
| в возрасте 7 суток | в возрасте 28 суток | с нанесенным защитным покрытием | после удаления защитного покрытия | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 32 | 44 | - | В6 |
| 2 | 33 | 44 | В12 | В10 |
| 3 | 50 | 60 | В17 | В15 |
| 4 | 33 | 44 | В12 | В10 |
| 5 | 50 | 60 | В17 | В15 |
| 6 | 21 | 29 | В8 | В6 |
| 7 | 48 | 58 | В16 | В14 |
Способ защиты бетонных поверхностей осуществляют следующим образом.
Эксплуатируемую бетонную поверхность очищают от легко удаляемых слоев и инородных включений (пыли, грязи, нефтепродуктов и др.) скребками или пескоструйной обработкой. Затем на очищенной бетонной поверхности выполняют несколько углублений глубиной 5 мм, что соответствует глубине естественной карбонизации бетона до открытых устьев пор бетона. При этом суммарную площадь ячеистой бетонной поверхности устанавливают в зависимости от температуры пропитанного водой бетона перед нанесением защитной композиции из выражения
S=[1,4-k(t-5)]·ω,
где S - площадь ячеистой бетонной поверхности, подготовленной к нанесению защитной композиции, м2;
k=0,01°С-1 - коэффициент размерности;
t - температура бетона, пропитанного водой, °С;
ω - площадь защищаемой поверхности, м2.
Углубления могут быть выполнены в виде пересекающихся борозд, образующих при пересечении ячеистую поверхность, или отдельных цилиндрических и конических углублений. Подбор шага и диаметр ячеек определяют из технологических условий обработки поверхности, связанных с формой в плане и толщиной стен сооружения, а также площадью конструкции и глубиной поражения бетона.
Ячеистую поверхность интенсивно пропитывают водой в течение 36-48 часов и покрывают слоем 4 мм защитной композиции, в состав которой входит неорганическая ионная комплексная добавка, в частности предлагаемая защитная композиция.
Для того чтобы пропитать водой бетон на максимально возможную глубину, время пропитки должно быть не менее 36 часов.
Защитную композицию наносят известными ручными или механическими способами. Через 12 часов после нанесения состава обеспечивается защита поверхности строительного сооружения.
Физико-механическим испытаниям подвергались образцы из бетонных пластин размерами 1×1×0,2 м в количестве 21 штук, защита которых выполнялась при температурах 5°С и 25°С. Три пластины без покрытия из бетона, состав которого приведен в примере 1 табл.1, были контрольными. На образцах пластин с очищенной поверхностью выполнялись углубления в виде борозд шириной 6 см и глубиной 0,5 см. На образцах пластин, защита которых выполнялась при температуре 5°С, суммарная площадь ячеистой поверхности составила S=[1,4-0,01°С-1(5°С-5°C)]·ω=1,4ω, т.е. 1,4 площади защищаемой поверхности. На образцах пластин, защита которых выполнялась при температуре 25°С, суммарная площадь ячеистой поверхности составила S=[1,4-0,01°С-1(25°С-5°С)·ω=1,2ω, т.е. 1,2 площади защищаемой поверхности.
Образцы пластин в течение 36-48 часов пропитывались водой и покрывались слоем заявляемой защитной композиции толщиной 4 мм, состав которой приведен в примере 2 табл.1. Шесть пластин, в том числе три при температуре 5°С и три при температуре 25°С, покрывались защитной композицией по прототипу, приготовленной в соответствии с патентом №2072335.
Все образцы испытывались через 12 ч после нанесения покрытия. На водонепроницаемость образцы испытывались в гидравлической установке, после чего они опускались в воду покрытием вниз на смачивание поверхности в течение 8 ч. По истечении этого времени пластины вновь испытывались на водонепроницаемость на гидравлической установке. Затем эти же образцы испытывались склерометром для оценки поверхностной прочности. После этого с образцов счищали защитные слои и снова проверяли на водонепроницаемость. Результаты испытаний приведены в табл.7.
Из представленных в табл.1-7 данных следует, что композиция для защиты бетонных поверхностей с реализуемым способом защиты бетонных поверхностей по изобретению обладает более высокими показателями физико-механических свойств и водонепроницаемости по сравнению с прототипом (патент №2072335).Таким образом, результаты исследований (табл.6, 7) свидетельствуют о том, что по предлагаемому изобретению достигается указанный технический результат, а именно ускорение набора прочности и повышение водонепроницаемости защитной композиции и защищаемого бетона при низких температурах (5-10°С) в ранние сроки твердения.
1. Композиция для защиты бетонных поверхностей, включающая портландцемент, песок, воду и неорганическую ионогенную комплексную добавку, содержащую нитрат, карбонат, сульфат натрия и хлорид, карбид, гидроксид кальция, отличающаяся тем, что указанная комплексная добавка дополнительно содержит рассол выщелачивания рапы - бишофит сульфатного типа плотностью 1,24-1,35 т/м3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 36,0-38,0 |
| Песок | 39,0-46,5 |
| Нитрат натрия | 0,9-1,7 |
| Карбонат натрия | 2,0-3,0 |
| Сульфат натрия | 2,5-3,0 |
| Хлорид кальция | 0,05-0,15 |
| Карбид кальция | 0,75-1,15 |
| Гидроксид кальция | 0,8-1,0 |
| Указанный рассол | 2,0-3,0 |
| Вода | Остальное |
2. Способ защиты бетонных поверхностей с нанесением композиции по п.1, включающий предварительную обработку защищаемой поверхности на глубину открытой поровой системы бетона путем выполнения на ней систематически расположенных углублений с образованием ячеистой поверхности площадью большей, чем площадь защищаемой поверхности, пропитывание водой ячеистой поверхности в течение 36-48 ч, причем указанная площадь ячеистой поверхности устанавливают в зависимости от температуры пропитанного водой бетона перед нанесением на него защитной композиции из выражения:S=[1,4-k(t-5)]·ω,где S - площадь ячеистой бетонной поверхности, м2;k=0,01°С-1 - коэффициент размерности;t - температура бетона, °С;ω - площадь защищаемой поверхности, м2.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработанные бетонные поверхности после нанесения на них указанной защитной композиции на 3 сут укрывают влажной грубой тканью или полиэтиленовой пленкой.