Комплексный модификатор бетона

Авторы патента:

C04B22 - Использование неорганических материалов в качестве активных ингредиентов для строительных растворов, бетона или искусственных камней, например ускорителей

Владельцы патента RU 2288197:

Общество с ограниченной ответственностью "Предприятие Мастер Бетон" (RU)

Изобретение относится к составам многокомпонентных модификаторов бетона полифункционального действия. В комплексном модификаторе бетона, содержащем дисперсный минеральный компонент, включающий горную породу или ее смесь с золой-уноса и/или с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, и пластифицирующую добавку, дисперсный минеральный компонент в качестве горной породы включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс и модификатор может дополнительно включать гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсный минеральный компонент - 80-98, пластифицирующая добавка - 2-20, гидроксид кальция - 0-10, которое обеспечивает наличие в модификаторе следующих оксидов при следующем содержании, мас.%: SiO₂ - 20-66, Al₂О₃ - 4-27, SO₃ - 4-26, CaO - 3-22, Н₂О - 3-12. Дисперсный минеральный компонент включает, мас.%: подвергнутый термической обработке каолин - 42-68, гипс - 32-58 или подвергнутый термической обработке каолин - 10-83, гипс - 10-83, золу-уноса - 5-60 или подвергнутый термической обработке каолин - 10-83, гипс - 10-83, продукты газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы - 5-60, или подвергнутый термической обработке каолин - 10-78, гипс - 10-78, золу-уноса - 5-60, продукты газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы - 5-60. Модификатор дополнительно содержит воздухововлекающую добавку в количестве 0,01-1,0% от массы модификатора, а в качестве пластифицирующей добавки - соль поликонденсата β-нафталинсульфокислоты и формальдегида, и/или соль лигносульфоновой кислоты, и/или поликарбоксилат. Технический результат - обеспечение высокой марочной и ранней прочности бетонов на сжатие и растяжение при изгибе, а также компенсации усадки, расширения или самонапряжения бетона. 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к составам многокомпонентных модификаторов бетона полифункционального действия.

Известен модификатор бетона, позволяющий получать высокопрочные бетоны, состоящий из микрокремнезема (77,2-94,0 мас.%), химической добавки (4,7-15,7 мас.%) и воды (остальное) (см. RU 2096372, опубл. 20.11.1997).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является комплексный модификатор бетона, состоящий из дисперсного минерального компонента, который содержит диоксид кремния и представляет собой горную породу и/или продукт газоочистки печей, выплавляющих кристаллический кремний, и/или ферросиликохром, и/или силикокальций и/или сжигающих каменный уголь, или смесь, по крайней мере, одного из вышеуказанных компонентов с продуктом газоочистки печей, выплавляющих ферросилиций, а в качестве химической добавки он содержит пластификаторы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дисперсный минеральный компонент	51,9-94,1
химическая добавка	4,7-45,5
вода	остальное

(см. RU 2160723, опубл. 20.12.2000).

Недостатком указанного комплексного модификатора является то, что, способствуя получению высокой марочной прочности бетонов при осевом сжатии, он не обеспечивает такого же прироста прочности в раннем возрасте и на растяжение при изгибе, а также компенсацию усадки, или расширение, или самонапряжение бетона.

Техническая задача заключается в разработке такого комплексного модификатора, который обеспечил бы получение высокопрочных бетонов с повышенной ранней прочностью, в том числе на растяжение при изгибе при отсутствии усадочных деформаций или расширении, или самонапряжении при использовании высокоподвижных бетонных смесей на обычном портландцементе.

Это может быть достигнуто при создании условий формирования в цементной системе дополнительных кристаллогидратов сульфоалюминатного типа, что обеспечивается, в свою очередь, оптимизацией соотношения оксидов кремния, алюминия, кальция, серного ангидрида и воды в составе модификатора.

В связи с изложенным техническая задача решается тем, что в комплексном модификаторе бетона, содержащем дисперсный минеральный компонент, включающий горную породу или ее смесь с золой-уноса и/или с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, и пластифицирующую добавку, дисперсный минеральный компонент в качестве горной породы включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс и модификатор может дополнительно включать гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дисперсный минеральный компонент	80-98
пластифицирующая добавка	2-20
гидроксид кальция	0-10

которое обеспечивает наличие в модификаторе следующих оксидов при следующем содержании, мас.%:

SiO₂	20-66
Al₂O₃	4-27
SO₃	4-26
CaO	3-22
Н₂O	3-12

В первом варианте модификатора дисперсный минеральный компонент включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс при следующем их содержании, мас.%:

подвергнутый термической обработке каолин	42-68
гипс	32-58

Во втором варианте дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с золой уноса при следующем их содержании, мас.%:

подвергнутый термической обработке каолин	10-83
гипс	10-83
зола-уноса	5-60

В третьем варианте дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, при следующем их содержании, мас.%:

подвергнутый термической обработке каолин	10-83
гипс	10-83
продукты газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы	5-60

В четвертом варианте дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с золой-уноса и продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, при следующем их содержании, мас.%:

подвергнутый термической обработке каолин	10-78
гипс	10-78
зола-уноса	5-60
продукты газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы	5-60

Модификатор может также дополнительно содержать воздухововлекающую добавку в количестве 0,01-1,0% от массы модификатора.

Модификатор может также в качестве пластифицирующей добавки содержать соль поликонденсата β-нафталинсульфокислоты и формальдегида, и/или соль лигносульфоновой кислоты, и/или поликарбоксилат.

Для приготовления комплексного модификатора выбраны дисперсные материалы, которые в связи с наличием или преобладанием в своих составах SiO₂, Al₂O₃, СаО, SO₃, Н₂О в сочетании между собой способствуют формированию кристаллогидратов сульфоалюминатного типа.

Характеристики использованных дисперсных материалов приведены в таблице 1.

1. В качестве горной породы использованы природный обогащенный каолин (К) Глуховецкого месторождения (Украина) и тот же каолин, подвергнутый термической обработке при температуре изотермического выдерживания 650...800°С (КТ).

Термическая обработка осуществлялась с целью получения рентгено-аморфных фаз из минералов, присутствующих в составе природного каолина.

2. В качестве продуктов газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, использовали пылевидный отход производства ферросилиция (ФС) Челябинского электрометаллургического комбината.

3. В качестве продуктов газоочистки печей, сжигающих каменный уголь, использовали золу-уноса (3-У) - пылевидный отход Рефтинской ГРЭС по ГОСТ 25818 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия».

4. В качестве горной породы использовали молотый гипсовый камень (ГК) по ГОСТ 4013 «Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих. Технические условия».

Таблица 1 Характеристики дисперсных минеральных компонентов
Наименование компонентов	Обозначение компонентов	Потери при прокаливании (п.п.п.)	Содержание основных оксидов, мас.%:
SiO₂	Al₂O₃	SO₃	CaO	Н₂O	MgO	Fe₂O₃	Na₂O	К₂O	TiO₂	MnO	Р₂O₅	CO₂
Каолин	К	13,50	47,60	34,80	0,02	0,08	1,04	0,4	1,7	0,1	0,06	0,35	-	0,13	-
Каолин, подвергнутый термической обработке	КТ	0,65	54,70	40,00	0,03	0,09	1,20	0,1	2,27	0,2	0,07	0,46		0,23
Отход производства ферросилиция	ФС	4,77	90,40	1,25	0,02	0,41	1,80	0,5	0,2	0,42	0,15	0,01	0,06
Зола-уноса	3-У	2,73	57,00	28,80	0,05	2,34	2,00	1,71	4,28	0,54	0,45	-	0,08	-	-
Гипс	Г	-	-	-	46,50	34,00	19,50	-	-	-	-	-	-	-	-
Известь	И	-	-	-	-	98,20	0,80	-	-	-	-	-	-	-	1,0

5. В качестве вещества, содержащего гидроксид кальция, использовали известь (И) гидратную (гашеную) воздушную по ГОСТ 9179 «Известь строительная. Технические условия».

В дополнение к вышеуказанным дисперсным материалам использовали химические добавки, приведенные ниже.

1. В качестве сульфированного нафталинформальдегидного поликонденсата использовали порошкообразный суперпластификатор марки С-3 согласно ГОСТ 24211 «Добавки для бетонов. Общие технические требования», соответствующий пластифицирующей добавке I группы.

2. В качестве лигносульфоната использовали порошкообразный лигносульфонат технический согласно ГОСТ 24211, соответствующий пластифицирующей добавке II группы.

3. В качестве поликарбоксилата использовали добавку ViscoCrete-105 Pulver, являющуюся сополимером на основе оксиэтилен- и оксипропиленовых соединений и согласно ГОСТ 24211 соответствующую пластифицирующей добавке I группы.

4. В качестве воздухововлекающей добавки использовали смолу нейтрализованную воздухововлекающую - СНВ, соответствующую требованиям ГОСТ 24211.

Из вышеприведенных дисперсных материалов и химических добавок в скоростном смесителе готовили образцы модификаторов, которые представляли собой сыпучие порошкообразные композиции, отличающиеся соотношением компонентов.

В таблице 2 приведены вещественные составы и соотношения основных компонентов приготовленных образцов модификаторов.

Образцы №1 и №2, включающие отходы производства ферросилиция, золу-уноса, каолин и пластификаторы, приготовленные по патенту-прототипу, являлись контрольными, остальные образцы (№№3-27) приготовлены в соответствии с предлагаемым техническим решением.

С использованием образцов модификаторов готовили мелкозернистые бетонные смеси разной подвижности с дозировками модификаторов от 10 до 50% от массы цемента. Составы и характеристики бетонных смесей приведены в таблице 3. Составы модификаторов в образцах бетонной смеси соответствуют составам образцов модификаторов, приведенных в таблице 2 под соответствующими номерами.

В качестве компонентов мелкозернистых бетонных смесей использовали портландцемент М500 ДО, песок кварцевый М_кр=2,5, образцы модификатора с разным соотношением компонентов (табл.2).

Из бетонных смесей приготовлены:

- образцы-кубы размерами 70,7×70,7×70,7 мм для определения предела прочности при осевом сжатии;

- образцы-призмы размерами 70×70×280 мм для определения предела прочности на растяжение при изгибе;

образцы-призмы размерами 40×40×160 мм для определения деформаций расширения;

- образцы-призмы размерами 31,5×31,5×95 мм в динамометрических кольцах для определения величины самонапряжения.

Подвижность бетонных смесей оценивали по осадке конуса по ГОСТ 10181.1.

Величины пределов прочности на сжатие и изгиб определяли по ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

Показатели линейного расширения и самонапряжения определяли по ТУ 5743-157-46854090-2003 «Цемент напрягающий. Технические условия».

Испытания на прочность проводили в возрасте 1 и 28 суток нормального твердения бетонов (t=20±2°C, W=98%), а величины деформаций расширения и самонапряжения измеряли в течение 28 суток при выдерживании образцов в воде.

Таблица 2 Вещественный и химический состав модификаторов
№композиции	Ингредиенты дисперсного минерального компонента (ДМК), мас.%	Вещественный состав, мас.%	Соотношения оксидов, мас.%
		И	ДМК	химическая добавка	SiO₂	Al₂O₃	SO₃	CaO	Н₂O
	ингредиенты	И	ДМК		SiO₂	Al₂O₃	SO₃	CaO	Н₂O
КТ	ФС	К	Г	З-У	ЛСТ	С-3	VC-105P	СНВ	Всего
Образцы по прототипу
1	-	50	-	-	50	-	90	2	8	-	-	10	66,33	13,52	0,03	1,24	1,71
2	-	44	12	-	44	-	90	2	8	-	-	10	63,72	15,5	0,03	1,11	1,62
Образцы по предлагаемому решению
3	67	-	-	22	11	-	90	-	-	10	-	10	38,52	26,88	9,03	7,08	4,82
4	63	-	-	37	-	6	86	4	10	-	-	14	27,35	20,00	13,97	16,14	6,49
5	44	-	-	44	12	-	90	2	8	-	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
6	44	-	-	44	12	-	90	2	6	2	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
7	44	-	-	44	12	-	90	2	6	1,7	0,3	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
8	44	-	-	44	12	-	90	-	7	3	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
9	44	-	-	44	12	-	90	7	-	3	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
10	44	-	-	44	12	-	90	10	-	-	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
11	44	-	-	44	12	-	90	-	10	-	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
12	44	-	-	44	12	-	90	-	-	10	-	10	27,58	18,88	18,62	13,87	8,48
13	42	-	-	58	-	-	94	-	-	6	-	6	21,33	15,60	25,58	18,74	11,20
14	53	-	-	47	-	10	80	-	20	-	-	20	20,23	14,80	15,35	21,07	6,96
15	35	11	-	43	11	1	94	4	2	-	-	6	32,79	16,21	18,62	14,89	8,58
16	25	25	-	25	25	2	90	-	10	-	-	10	44,46	15,41	10,25	10,07	5,40
17	25	25	-	25	25	2	90	2	8	-	-	10	44,46	15,41	10,25	10,07	5,40
18	22	56	-	22	-	1	91	3	6	-	-	9	56,14	8,63	9,32	8,01	5,05
19	22	-	-	22	56	-	90	-	10	-	-	10	39,44	22,40	9,33	7,99	5,14
20	26	35	-	26	13	2	80	-	20	-	-	20	41,95	11,23	9,32	9,13	4,86
21	17	33	-	17	33	-	90	2	8	-	-	10	52,43	15,02	7,00	5,94	4,25
22	11	11	-	11	67	8	98	2	-	-	-	2	48,71	21,41	4,69	12,71	9,75
23	11	11	-	11	67	8	98	1,98	-	-	0,02	2	48,71	21,41	4,69	12,71	9,75
24	11	11	-	11	67	8	98	-	2	-	-	2	48,71	21,41	4,69	12,71	9,75
25	11	11	-	11	67	8	98	-	-	2	-	2	48,71	21,41	4,69	12,71	9,75
26	12,5	75	-	12,5	-	-	80	-	20	-	-	20	59,71	4,75	4,67	3,66	3,27
27	11	67	-	11	11	1	91	6	3	-	-	9	65,41	7,63	4,67	4,87	3,47

В табл.3 приведены результаты испытаний бетонов, приготовленных с использованием модификаторов разных составов. Из полученных результатов следует, что образцы №№3-27, приготовленные с применением предлагаемых поликомпонентных модификаторов, отличаются от контрольных (приготовленных по прототипу) рядом существенных преимуществ:

- повышенной на 12-44% ранней (в возрасте 1 сут) прочностью при сжатии;

- повышенной на 26-43% ранней (в возрасте 1 сут) прочностью на растяжение при изгибе;

- повышенной прочностью при сжатии (на 13-44%) и растяжении при изгибе (на 12-38%) в возрасте 28 сут;

- линейным расширением в пределах 0,05-0,13% и самонапряжением в пределах 1,0-2,1 МПа в возрасте 28 сут.

Все указанные преимущества проявили образцы, приготовленные из смесей подвижностью, аналогичной контрольным.

Полученные эффекты являются следствием оптимизации соотношения между содержащимися в дисперсных компонентах модификатора основными оксидами (SiO₂, Al₂O₃, SO₃, СаО, Н₂О), которые способствуют формированию гидросульфоалюминатов кальция (эттрингита), приводящих не только к повышению прочности, но и к расширению цементной системы. При этом повышенная подвижность смесей обеспечивается за счет оптимизации соотношения между дисперсным минеральным компонентом и химическими добавками.

Таким образом, поставленная техническая задача решается многокомпонентной композицией - комплексным модификатором, в составе которого присутствуют выбранные ингредиенты в оптимальных соотношениях.

1. Комплексный модификатор бетона, содержащий дисперсный минеральный компонент, включающий горную породу или ее смесь с золой-уносом и/или с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, и пластифицирующую добавку, отличающийся тем, что дисперсный минеральный компонент в качестве горной породы включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс и модификатор может дополнительно включать гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дисперсный минеральный компонент	80-98
Пластифицирующая добавка	2-20
Гидроксид кальция	0-10

которое обеспечивает наличие в модификаторе следующих оксидов при следующем содержании, мас.%:

SiO₂	20-66
Al₂O₃	4-27
SO₃	4-26
CaO	3-22
Н₂O	3-12

2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что дисперсный минеральный компонент включает подвергнутый термической обработке каолин и гипс при следующем их содержании, мас.%:

Подвергнутый термической обработке каолин	42-68
Гипс	32-58

3. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с золой-уносом при следующем их содержании, мас.%:

Подвергнутый термической обработке каолин	10-83
Гипс	10-83
Зола-унос	5-60

4. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, при следующем их содержании, мас.%:

Подвергнутый термической обработке каолин	10-83
Гипс	10-83
Продукты газоочистки печей, выплавляющих
кремнийсодержащие сплавы	5-60

5. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что дисперсный минеральный компонент включает смесь подвергнутого термической обработке каолина и гипса с золой-уносом и продуктами газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, при следующем их содержании, мас.%:

Подвергнутый термической обработке каолин	10-78
Гипс	10-78
Зола-унос	5-60
Продукты газоочистки печей, выплавляющих
кремнийсодержащие сплавы	5-60

6. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздухововлекающую добавку в количестве 0,01-1,0% от массы модификатора.

7. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластифицирующей добавки он содержит соль поликонденсата β-нафталинсульфокислоты и формальдегида, и/или соль лигносульфоновой кислоты, и/или поликарбоксилат.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к составам комплексных добавок для бетонных смесей, которые используются при изготовлении бетонных и железобетонных изделий.

Химическая добавка для цементных бетонов и строительных растворов // 2284973

Изобретение относится к области строительства, к добавкам полифункционального действия для цементных бетонов и строительных растворов. .

Бетонная смесь // 2282600

Изобретение относится к составам бетонных смесей, содержащих загрязняющие примеси в заполнителе и модифицирующие добавки и может найти применение в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций в дорожном, промышленном и гражданском строительстве.

Композиция для получения строительных материалов // 2281262

Изобретение относится к составам на основе минеральных вяжущих и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении блочного и монолитного бетона, полимерцементных растворов, пенобетона, а также шифера, штукатурки, отделочных покрытий.

Отделочный строительный раствор для звукопоглощающего и огнестойкого покрытия // 2281261

Изобретение относится к отделочному строительному раствору для звукопоглощающего и огнестойкого покрытия внутренних стен, потолков и тому подобного в зданиях. .

Комплексная добавка // 2278839

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составу комплексной добавки к вяжущему - портландцементу, известковому или портландцементно-известковому.

Комплексная добавка для бетонной смеси // 2278837

Изобретение относится к строительным материалам, к составам комплексных добавок и может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий. .

Комплексная добавка для бетонов и растворов // 2278836

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к изготовлению комплексных добавок в цементные растворы и бетоны для ускорения твердения строительных изделий и конструкций.

Химическая добавка для цементных бетонов и строительных растворов // 2278081

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к добавкам полифункционального действия для цементных бетонов и строительных растворов. .

Химическая добавка для цементных бетонов и строительных растворов // 2278080

Химическая добавка для цементных бетонов и строительных растворов // 2290374

Изобретение относится к составу химической добавки для цементных бетонов и строительных растворов и может найти применение в строительстве при возведении железобетонных сооружений

Комплексная добавка для строительной смеси // 2290375

Изобретение относится к составу порошкообразной комплексной добавки для строительных смесей, в том числе бетонов и растворов, используемых в производстве бетонных и железобетонных изделий

Цементно-песчаная композиция // 2291129

Изобретение относится к области композиционных строительных материалов, которые могут быть использованы для защиты бетонных, кирпичных и каменных поверхностей ремонтируемых, реставрируемых и строящихся зданий и сооружений

Комплексная добавка для строительной смеси "криопласт сп15-1" // 2292314

Изобретение относится к составу комплексной добавки для строительной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в нефтедобывающей промышленности для тампонажных работ при бетонировании скважины

Комплексная добавка для бетонной смеси, способ получения комплексной добавки для бетонной смеси и технологическая линия для получения комплексной добавки для бетонной смеси // 2298535

Мелкозернистая бетонная смесь // 2301209

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при изготовлении конструкций, работающих в кислотосодержащих средах

Шпаклевка // 2304118

Изобретение относится к составам пастообразных масс, которые могут быть использованы для заполнения раковин и выравнивания поверхности беконных изделий

Комплексная добавка // 2305080

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве комплексной добавки к вяжущему, снижающей теплопроводность материала при производстве бетонов и растворов

Комплексная добавка // 2305080

Химическая добавка для цементных бетонов и строительных растворов // 2307101

Изобретение относится к области строительства, к добавкам полифункционального действия для цементных бетонов и строительных растворов