комплексная добавка для бетонов и строительных растворов (варианты)

Формула изобретения

1. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, содержащая полиспирты и сульфат натрия, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена смесь роданида и тиосульфата натрия при следующем содержании указанных компонентов (мас.%):

полиспирты - 30-80;

сульфат натрия - 10-20;

смесь роданида и тиосульфата натрия - 10-50.

2. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен нитрит натрия.

3. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов, содержащая полиспирты и формиат натрия, отличающаяся тем, она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С1-С3 при следующем соотношении, (мас.%):

полиспирты - 30-70;

формиат натрия - 15-25;

ациклические, моно- или полициклические амины - 15-45.

4. Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по п.3, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен нитрит натрия.

Описание изобретения к патенту

`Группа изобретений относится к составу добавки для бетонов и строительных растворов и может найти применение в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций при бетонировании в широком диапазоне температур окружающей среды.

В различных технологиях бетона широко распространена практика использования добавок, ускоряющих набор ранней прочности бетона и снижающих период времени до набора бетоном критической прочности. В идеале такие добавки должны быть совместимыми с пластифицирующими добавками любого типа (нафталинсульфонатами, лигносульфонатами, поликарбоксилатами).

Наиболее близкими аналогами к заявляемой группе изобретений по технической сущности, цели и достигаемому результату являются следующие комплексные добавки.

Комплексная добавка, являющаяся наиболее близким аналогом варианта 1 предлагаемого изобретения, содержит соли серной кислоты, полиэтиленгликоли, нитрит натрия, и/или хлорид натрия, и/или сульфат натрия [Патент РФ N 2123483]. Данная добавка хорошо совместима со всеми пластифицирующими добавками, однако она характеризуется относительно высокой температурой кристаллизации и не обеспечивает достаточную интенсивность твердения бетона при ее применении при низких температурах, а также может вызывать спад прочности бетона.

Комплексная добавка [Патент РФ 2168478 «Комплексная добавка для бетонов и растворов», опубл. 10.06.2001 г.], являющаяся наиболее близким аналогом варианта 2 предлагаемого изобретения, включает соли соляной кислоты и полиспирты, при этом в качестве ускорителя твердения она дополнительно содержит соли муравьиной кислоты. В качестве солей соляной кислоты используются хлориды кальция, натрия и калия. В качестве солей муравьиной кислоты используются формиат натрия и кальция. В качестве полиспиртов используются пентаэритрит и глицерин.

Указанная добавка обладает достаточно низкими температурами кристаллизации (замерзания), однако ускоряет схватывание бетонной смеси и при наличии кальциевых солей не совместима с сульфатсодержащими суперпластификаторами (нафталинсульфонатами, лигносульфонатами).

Технической задачей предлагаемой группы изобретений является создание комплексной добавки для бетонов и строительных растворов с низкой температурой кристаллизации, совместимой со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшающей показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивающей устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Для решения поставленной задачи по первому варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и сульфат натрия, при этом в нее дополнительно введена смесь роданида и тиосульфата натрия.

Предлагаемая комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%):

полиспирты - 30-80;

сульфат натрия - 10-20;

смесь роданида и тиосульфата натрия - 10-50.

При этом в комплексную добавку может быть дополнительно введен нитрит натрия.

Для решения поставленной задачи по второму варианту комплексная добавка для бетонов и строительных растворов содержит полиспирты и формиат натрия. При этом она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С1-С3.

Комплексная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, (мас.%):

полиспирты - 30-70;

формиат натрия - 15-25;

ациклические, моно- или полициклические амины - 15-45.

При этом в состав комплексной добавки может быть дополнительно введен нитрит натрия.

Сочетание сульфата натрия со смесью роданида и тиосульфата натрия приводит к синергетическому эффекту, обеспечивающему устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные. К аналогичному эффекту приводит совместное применение в составе комплексной добавки формиата натрия и ациклических, моно- или полициклических аминов с длиной углеводородного радикала С ₁-С₃.

При этом полиспирты обеспечивают эффект сопластификации, повышения сохраняемости подвижности и понижения температуры кристаллизации раствора комплексной добавки.

Третий компонент добавки - нитрит натрия в сочетании с солями серной кислоты и с формиатом натрия - выполняет функцию ускорителя твердения и противоморозной добавки, причем взаимное сочетание солей друг с другом значительно усиливает эффект действия индивидуальных компонентов.

Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексных добавок по вариантам 1 и 2 установлен экспериментально и является оптимальным.

В составе комплексной добавки по варианту 1 при содержании сульфата натрия более 20% уменьшается период сохранения подвижности бетонной смеси, а при содержании менее 10% ухудшается набор прочности бетоном при отрицательных температурах. При содержании полиспиртов менее 30% не удается обеспечить стабильный противоморозный эффект, а при введении более 80% ухудшаются прочностные характеристики бетона при твердении в нормальных условиях.

Введение менее 10% смеси роданида и тиосульфата натрия технологически не приводит к существенному улучшению обеспечения устойчивого набора прочности бетона во всем диапазоне температур, включая отрицательные. При повышении содержания смеси роданида и тиосульфата натрия выше 50% существенно сокращается период сохранения подвижности бетонной смеси.

Содержание нитрита натрия может составлять до 100% (сверх 100%).

В составе комплексной добавки по варианту 2 при содержании формиата натрия более 25% повышается температура замерзания раствора комплексной добавки, а при содержании менее 15% ухудшается набор прочности при отрицательных температурах.

При содержании полиспиртов менее 30% не удается обеспечить стабильный противоморозный эффект, а при введении более 70% ухудшаются прочностные характеристики бетона при твердении в нормальных условиях.

Введение ациклических, моно- или полициклических аминов менее 15% не приводит к синергетическому эффекту от их совместного применения с формиатом натрия в составе комплексной добавки.

Содержание нитрита натрия может составлять до 100% (сверх 100%).

Техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Для приготовления комплексной добавки прототипа по варианту 1 используют масс. %: сульфат натрия - 80; полиэтиленгликоль - 10, нитрит натрия - 2, хлорид натрия - 8.

Для приготовления комплексной добавки прототипа по варианту 2 используют хлорид калия - 70, глицерин - 20, формиат кальция - 10.

Для приготовления комплексной добавки по изобретению (вариант 1) используют сульфат натрия, при этом в нее дополнительно вводят смесь роданида и тиосульфата натрия и полиспирты.

Пример 1.1: полиэтиленгликоль - 30, сульфат натрия - 20, смесь роданида и тиосульфата натрия - 50.

Пример 1.2: пропиленгликоль - 80, сульфат натрия - 10, смесь роданида и тиосульфата натрия - 10.

Пример 1.3: бутандиол - 60, сульфат натрия - 20, смесь роданида и тиосульфата натрия - 20.

Пример 1.4: сорбит - 40, сульфат натрия - 15, смесь роданида и тиосульфата натрия - 45.

Пример 1.5: глицерин - 70, сульфат натрия - 10, смесь роданида и тиосульфата натрия - 20, нитрит натрия - 10 (сверх 100%).

Пример 1.6: этиленгликоль - 35, сульфат натрия - 15, смесь роданида и тиосульфата натрия - 50, нитрит натрия - 90 (сверх 100%).

Для приготовления комплексной добавки по изобретению (вариант 2) используют полиспирты, формиат натрия, при этом она дополнительно содержит ациклические, моно- или полициклические амины с длиной углеводородного радикала С₁-С₃ .

Пример 2.1: этиленгликоль - 30, формиат натрия - 25; триэтиламин - 45.

Пример 2.2: пропиленгликоль - 70, формиат натрия - 15; морфолин - 15.

Пример 2.3: глицерин - 60, формиат натрия - 20; тетразаадамантан - 20, нитрит натрия - 10 (сверх 100%).

Пример 2.4: этиленгликоль - 50, формиат натрия - 25; диэтаноламин - 25, нитрит натрия - 40 (сверх 100%).

Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты комплексной добавки, но помогают нагляднее продемонстрировать ее свойства.

Исследование замерзания комплексных добавок-прототипов по вариантам 1 и 2 и комплексных добавок по изобретению вар.1 и 2 представлены в табл.1.

Таблица 1
№ №	Состав комплексной добавки	Температура замерзания °С
1	Прототип вариант 1	-5
2	Прототип вариант 2	-20
3	По изобретению вариант 1 (пример 1.1)	-13
4	По изобретению вариант 1 (пример 1.2)	-15
5	По изобретению вариант 1 (пример 1.3)	-13
6	По изобретению вариант 1 (пример 1.4)	-13
7	По изобретению вариант 1 (пример 1.5)	-16
8	По изобретению вариант 1 (пример 1.6)	-18
9	По изобретению вариант 2 (пример 2.1)	-23
10	По изобретению вариант 2 (пример 2.2)	-25
11	По изобретению вариант 2 (пример 2.3)	-26
12	По изобретению вариант 2 (пример 2.4)	-27

Для оценки влияния применения вариантов комплексных добавок для бетонов и строительных растворов на свойства бетонной смеси и бетона по сравнению с прототипами проводились испытания в соответствии с ГОСТ 30459-2008 на бетонной смеси состава (кг/м³): цемент - 380, песок - 850, щебень - 990. Добавка дозировалась по сухому веществу в процентах от массы цемента. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180.

Результаты испытаний приведены в табл.2, 3.

Анализ результатов проведенных испытаний показал следующее.

При сопоставлении прочностных характеристик бетонов с добавками-прототипами и добавками по изобретению (табл.2) видно, что применение добавки по изобретению позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики бетонов, твердевших при отрицательных температурах. Так, для варианта применения добавки по изобретению (вариант.1) при -15°С прочность на сжатие бетонов в возрасте 28 сут составляет до 11,9 МПа, что составляет до 35% от контрольного образца и выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа до 15%. Кроме того, комплексная добавка по изобретению (вар.1) в отличие от прототипа может храниться в зимних условиях в необогреваемых помещениях. Для варианта 2 комплексной добавки по изобретению при -25°С прочность на сжатие бетонов в возрасте 28 сут составляет до 12,5 МПа, что составляет до 36,8% от контрольного образца и выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа на 15%. Важно при этом отметить, что такое увеличение достигается именно за счет эффекта добавки, а не за счет В/Ц-отношения. Применение комплексных добавок по изобретению (вар.1 и 2) по сравнению с добавками-прототипами при введении их в одинаковой дозировке, составляющей 1%, позволяет существенно увеличить период сохранения подвижности бетонной смеси.

Для варианта 1 через тридцать минут осадка конуса бетонной смеси с комплексной добавкой по изобретению составляет 16-19 см, а с соответствующей добавкой-прототипом - 15 см. При этом применение добавки по изобретению позволяет обеспечить более высокие прочностные характеристики товарного бетона как на ранних стадиях, так и в зрелом возрасте. Так для варианта применения добавки по изобретению (вариант 1) прочность на сжатие бетона в возрасте 1 сут составляет до 13,9 МПа, что на 18% выше соответствующего значения для варианта применения добавки-прототипа. В дальнейшем различие в прочностных характеристиках уменьшается, но даже в возрасте 28 суток оно составляет до 11%.

Для варианта 2 через тридцать минут осадка конуса бетонной смеси с комплексной добавкой по изобретению составляет 18-19 см, а с соответствующей добавкой-прототипом - 13 см, через 1 час - 14-16 см и 6 см соответственно. Поскольку добавка-прототип по варианту 2 содержит хлорид кальция, увеличение прочности бетона с добавкой по изобретению не столь выражено. Однако применение добавки по изобретению возможно в любых изделиях, в том числе армированных, тогда как прототип, содержащий коррозионно-опасные компоненты, может использоваться только в неармированных изделиях.

Таким образом, предлагаемая комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по изобретению (вариант 1) имеет низкую температуру кристаллизации, совместима со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшает показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивает устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Комплексная добавка для бетонов и строительных растворов по изобретению (вариант 2) имеет низкую температуру кристаллизации, совместима со всеми добавками пластифицирующего действия и не ухудшает показатели сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей, обеспечивает устойчивый набор прочности во всем диапазоне температур, включая отрицательные.

Таблица 2
Сопоставление эффективности комплексных добавок-прототипов и по изобретению
№	Состав добавки, масс.%	Дозировка, % (по товарному)	В/Ц	ОК, см	Условия твердения	Прочность на сжатие, МПа		% от контрольного
						7 сут	28 сут
1	контрольный состав без добавок	-	0,55	13	н.у.	28,2	34,0
2	прототип вариант 1	9,1	0,48	13	н.у.	37,6	39,8
					-15°С	-	10,3	30,3
3	по изобретению пример 1.1	3,2	0,45	14	н.у.	38,1	40,3
					-15°С	-	11,9	35,0
4	по изобретению пример 1.2	3,2	0,45		н.у.	37,9	40,1
					-15°С	-	11,5	33,8
5	по изобретению пример 1.3	3,2	0,45		н.у.	38,0	40,2
					-15°С	-	11,0	32,4
6	по изобретению пример 1.4	3,2	0,46		н.у.	38,2	40,5
					-15°С	-	10,7	31,5
7	по изобретению пример 1.5	3,5	0,45		н.у.	37,9	40,1
					-15°С	-	11,7	34,4
8	по изобретению пример 1.6	4,0	0,44		н.у.	38,3	40,5
					-15°С	-	12,2	35,9
9	прототип вариант 2	5,6	0,42	15	н.у.	37,0	41,2
					-25°С	-	10,6	31,2
10	по изобретению пример 2.1	2,0	0,43	13	н.у.	39,6	44,5
					-25°С	-	12,0	35,3
11	по изобретению пример 2.2	2,0	0,43	13	н.у.	39,1	44,2
					-25°С	-	12,2	35,6
12	по изобретению пример 2.3	2,2	0,43	13	н.у.	39,3	44,0
					-25°С	-	12,5	36,8
13	по изобретению пример 2.4	3,0	0,42	15	н.у.	39,4	44,8
					-25°С	-	12,5	36,8