наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих
| Классы МПК: | C04B14/28 кальция |
| Автор(ы): | Рояк Генрих Соломонович (RU), Сусоров Игорь Анатольевич (RU), Хаит Ефим Львович (RU), Миленин Денис Александрович (RU), Добкин Валерий Самуилович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Миленин Денис Александрович (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2012-03-28 публикация патента:
27.03.2014 |
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных и растворных смесей на основе цементных вяжущих. Технический результат заключается в увеличении подвижности бетонной и растворной смеси, увеличении прочности отвердевшего бетона и раствора (в т.ч. в ранние сроки твердения), уменьшении растворо- и водоотделения бетонной смеси, увеличении водонепроницаемости бетона, увеличении морозостойкости бетона, увеличении сульфатостойкости бетона. Наполнитель-пластификатор для смесей на основе цементных вяжущих содержит следующие компоненты, мас.%: тонкомолотый известняк 60-98,8; поликарбоксилатный эфир 1-10; лигносульфонат 0,005-10; 0,0005-5. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Формула изобретения
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 |
Описание изобретения к патенту
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. см 2/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 см 2/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 Мкр=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 Мкр=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 м 3, 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.