Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих

Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих

Реферат

Изобретение - наполнитель-пластификтор для смесей на основе цементных вяжущих - относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных и растворных смесей на основе цементных вяжущих. Изобретение может быть использовано как компонент в сухих и бетонных смесях. Наполнитель-пластификатор включает в себя минеральный носитель - тонкомолотый известняк, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):

- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,

- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,

- лигносульфонат - 0,005-15%,

- абиетат натрия - 0,0005-5%,

- вода - остальное.

Рекомендуемый состав наполнителя-пластификатора в готовом виде:

- тонкомолотый известняк - 95,49%,

- поликарбоксилатный эфир - 2,14%,

- лигносульфонат - 1,22%,

- абиетат натрия - 0,17%

- вода - остальное,

при содержании наполнителя-пластификатора 4-6% от массы цемента.

Технический результат:

- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,

- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),

- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,

- увеличение водонепроницаемости бетона,

- увеличение морозостойкости бетона,

- увеличение сульфатостойкости бетона.

Изобретение относится к производству цементных бетонов как общестроительных, так и для ответственных объектов промышленного и транспортного строительства повышенной долговечности.

Известен минеральный наполнитель в виде тонкомолотого кварцевого песка, в результате введения которого возрастает прочность цементной композиции [1]. Недостатком полученного состава является низкая морозостойкость бетона.

Известен состав, включающий минеральный носитель - карбонатный шлам (побочный продукт водоумягчения на ТЭС), состоящий из 90-95% CaCO₃ и 5-10% Fe(OH)₃ с удельной поверхностью твердых частиц 5-7 тыс. см²/г [2]. Положительным эффектом этого состава является повышение прочности бетона на сжатие. Недостатком является повышенная водопотребность смеси, что способствует в процессе твердения образованию более пористой структуры цементного камня и, как следствие, пониженной морозостойкости.

Наиболее близким по составу и технической сути является комплексный модификатор к цементному бетону, в котором в качестве минерального носителя использован карбонатный шлам водоумягчения ТЭС, с удельной поверхностью частиц основного минерала - карбоната кальция - 10000 см²/г, а в качестве водоредуцирующего поверхностно-активного компонента - поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, масс.%: карбонатный шлам - 99,5, поликарбоксилатный эфир - 0,5, при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента [3]. Принят за прототип. Достоинством этого комплексного модификатора является повышение прочности и морозостойкости бетона. Недостатком является недостаточно высокая морозостойкость бетона, при которой нельзя осуществлять строительство ответственных транспортных, промышленных, и других сооружений.

Сущностью изобретения является повышение качества бетонной смеси.

Технический результат:

- увеличение подвижности бетонной и растворной смеси,

- увеличение прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения),

- уменьшение растворо- и водоотделения бетонной смеси,

- увеличение водонепроницаемости бетона,

- увеличение морозостойкости бетона,

- увеличение сульфатостойкости бетона.

Технический результат достигается тем, что в наполнителе-пластификторе для смесей на основе цементных вяжущих, содержащем тонкомолотый известняк в качестве минерального носителя и поликарбоксилатный эфир в качестве пластификатора, особенностью является то, что он содержит тонкомолотый известняк с удельной поверхностью частиц 1000-4000 см²/г в качестве минерального носителя, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов (% масс.):

- тонкомолотый известняк - 60-98,8%,

- поликарбоксилатный эфир - 1-15%,

- лигносульфонат - 0,005-15%,

- абиетат натрия - 0,0005-5%,

- вода - остальное.

Производство наполнителя-пластификатора на твердом носителе осуществляют методом адсорбции из раствора необходимых составляющих.

Наполнитель-пластификатор, при применении в растворных и бетонных смесях, создает сильный пластифицирующий эффект, формирует равномерную структуру раствора и бетона, обеспечивает производство бетона высокой прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и химической стойкости.

Введение наполнителя-пластификатора в смеси на основе цемента приводит, при твердении, к образованию гидросиликатов кальция с содержанием в них нанопор, при этом не ухудшаются условия последующей гидратации цемента. При последующем действии нагрузки, а так же факторов внешней среды, свободная вода не извлекается из нанопор и способствует гидратации.

Использование наполнителя-пластификатора в бетонных смесях, позволяет достигать высокой подвижности до П4-П5, увеличения прочности отвердевшего бетона на 65% и более (в т.ч. в возрасте 1 сут нормального твердения - на 75-80%), высокой морозостойкости отвердевшего бетона F300* в солях, уменьшения растворо- и водоотделения бетонной смеси более чем в 2 раза, увеличения водонепроницаемости бетона и существенного увеличения его коррозионной стойкости.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. При оценке увеличения подвижности, прочности, снижения раствороотделения, водоотделения, проницаемости для приготовления бетонных смесей использовали: портландцемент ЦЕМ I 42,5 H, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М_кр=2,15, наполнитель-пластификатор. При оценке морозостойкости и сульфатостойкости для приготовления бетонной смеси использовали: портландцемент 500-Д0-Н, гранитный щебень фракции 5-20 мм, природный песок с модулем крупности М_кр=2,59, наполнитель-пластификатор. Приготовление образцов, испытания, оценка эффективности проводились по стандартным методикам. Ниже, в таблицах, приведены данные о составах и свойствах бетонных смесей, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Таблица 1
Оценка увеличения подвижности бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ
	Расчетный состав бетонной смеси на 1 м3, кг
КС	РСМ
Цемент	350
Щебень	1050
Песок	780
Вода	165
Наполнитель-пластификатор	-	20,3
	Расчетные характеристики бетонной смеси
Об. вес б. смеси, кг/м3	2345
В/Ц	0,47
	Фактический состав бетонной смеси на 1 м3, кг
Цемент	352	347
Щебень	1056	1040
Песок	785	772
Вода	166	163
Наполнитель-пластификатор	-	20,1
	Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см	2	18
Увеличение/снижение подвижности	П1	с П1 до П4
Об. вес бетона, т/м3	2,36	2,34
R1 сут, МПа	15,8	17,5
R3 сут, МПа	29,5	36,9
R28 сут, МПа	56,8	61,6
Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, %	1 сутки	плюс 10,8
3 суток	плюс 25,1
28 суток	плюс 8,5

Таблица 2
Оценка увеличения прочности бетона на сжатие при введении наполнителя-пластификатора РСМ
	Расчетный состав бетонной смеси на 1 м3, кг
КС	РСМ
Цемент	350
Щебень	1050
Песок	780
Вода	165
Наполнитель-пластификатор	-	20,3
	Расчетные характеристики бетонной смеси
Об. вес б. смеси, кг/м3	2365
ОК, см	10-15
	Фактический состав бетонной смеси на 1 м3, кг
Цемент	341	352
Щебень	1039	1074
Песок	760	785
Вода	185	138
Наполнитель-пластификатор	-	20,4
	Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см	15	17
Об. вес б. смеси, т/м3	2,33	2,37
Об. вес бетона, т/м3	2,36	2,41
R1 сут, МПа	9,2	16,2
R3 сут, МПа	15,8	27,3
R28 сут, МПа	35,6	61,1
Увеличение/снижение прочности по отношению к контрольному составу, %	1 сутки	плюс 76,1
3 суток	плюс 72,8
28 суток	плюс 71,6

Таблица 3
Оценка снижения растворо- и водоотделения бетонной смеси при введении наполнителя-пластификатора РСМ
	Расчетный состав бетонной смеси на 1 м3, кг
КС	РСМ
Цемент	356
Щебень	962
Песок	798
Наполнитель-пластификатор	-	20,6
	Проектные характеристики бетонной смеси
ОК, см	более 21
	Фактический состав бетонной смеси на 1 м3, кг
Цемент	350	354
Щебень	961	972
Песок	786	795
Вода	223	153
Наполнитель-пластификатор	-	20,6
	Результаты испытаний бетонной смеси
ОК, см	23	27
Показатель	13,7	7
раствороотделения Пр, %
Показатель водоотделения Пв, %	1,2	0,05

Таблица 4
Оценка увеличения водонепроницаемости бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ
	Состав бетонной смеси на 1 м3, кг
КС	РСМ
Цемент	341	350
Щебень	1039	1067
Песок	760	780
Вода	185	137
Наполнитель-пластификатор	-	20,6
	Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см	15	15
Марка бетона по водонепроницаемости	W6	W12

Таблица 5
Испытание на морозостойкость и сулъфатостойкость бетона при введении наполнителя-пластификатора РСМ
	Состав бетонной смеси на 1 м3, кг
РСМ
Цемент	396
Щебень	1087
Песок	722
Вода	163
Наполнитель-пластификатор	24,3
	Результаты испытаний бетонной смеси и бетона
ОК, см	21
R28 сут, МПа	52,1
Марка бетона по водонепроницаемости	W20
Марка бетона по морозостойкости	F300* (в солях)
Коэффициент стойкости бетона при сжатии после 1 года выдерживания в 5%-ном растворе сульфата натрия	0,99

Литература

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. Патент RU 2360877.

1. Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих, содержащий тонкомолотый известняк в качестве минерального носителя и поликарбоксилатный эфир в качестве пластификатора, отличающийся тем, что он содержит тонкомолотый известняк с удельной поверхностью частиц 1000-4000 см²/г в качестве минерального носителя, воздухововлекающий компонент - натриевую соль абиетиновой кислоты, поверхностно-активные вещества водоредуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир и лигносульфонат натрия (ЛСТ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

тонкомолотый известняк	60-98,8
поликарбоксилатный эфир	1-10
лигносульфонат	0,005-10
абиетат натрия	0,0005-5
вода	остальное

2. Рекомендуемый состав наполнителя-пластификатора, охарактеризованного в п.1, в готовом виде:

тонкомолотый известняк	95,49
поликарбоксилатный эфир	2,14
лигносульфонат	1,22
абиетат натрия	0,17
вода	остальное