Комплексная добавка для бетонных смесей и строительных растворов
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонов, строительных растворов, бетонных и железобетонных изделий. Технический результат - повышение сохраняемости бетонных и растворных смесей с комплексной добавкой и обеспечение неизменности свойств добавки при хранении по показателям рН и строительно-техническим характеристикам строительных материалов с ее использованием - пластичности, морозостойкости. Комплексная добавка для бетонных смесей и строительных растворов, включающая суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната - ПНС, смесь балластных солей сероочистки - СБС, формиат натрия и щелочной компонент, в качестве щелочного компонента содержит технические фосфаты натрия и дополнительно лигносульфонаты технические - ЛСТ, при следующем соотношении компонентов, мас.%: суперпластификатор на основе ПНС 50-90, формиат натрия 0-40, технические фосфаты натрия 3-15, ЛСТ 0-25, СБС остальное. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонных и железобетонных изделий, а также строительных растворов.
"Известно использование в качестве добавки при производстве бетонов нафталинформальдегидных суперпластификаторов, представляющих собой смесь полиметиленнафталинсульфонатов (ПНС), образующихся при нейтрализации соответствующих полинафталинсульфокислот неорганическими основаниями (гидроксидами щелочных или щелочно-земельных металлов). Такая добавка хорошо пластифицирует бетонные и растворные смеси даже при невысоком водосодержании и обеспечивает получение бетонов с высокими строительно-техническими свойствами [Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика, 2-ое издание, Москва, Стройиздат, 1998, с.19 (1)].
Однако бетонные смеси с суперпластификаторами на основе ПНС характеризуются недостаточно высокой прочностью в ранние сроки твердения. Это объясняется образованием адсорбционных слоев полимерных органических соединений на продуктах гидратации цементных материалов, следствием чего является изменение коллоидно-химических характеристик цементно-водной суспензии, электростатическое отталкивание частиц гидратированных минералов и замедление процессов начального структурообразования и твердения даже при пониженных значениях водоцементного отношения.
Кроме того, введение суперпластификаторов на основе ПНС не обеспечивает получение бетонов с высокой морозостойкостью.
Наиболее близким из аналогов к заявляемой добавке по технической сущности и достигаемому техническому результату является комплексная добавка в бетонные смеси и строительные растворы, содержащая суперпластификатор С-3 на основе ПНС, смесь балластных солей сероочистки (СБС) коксового газа на основе тиосульфата и роданида натрия и щелочной компонент - едкий натр, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 15,00-85,00 |
| едкий натр | 0,02-0,25 |
| СБС | остальное |
Дополнительно указанная комплексная добавка может содержать мас.% 5,00-42,50 мас.% неорганических (нитрит натрия) или органических (формиат натрия) электролитов [RU №2270815, опубл. 2006, (2)].
Такая добавка обладает хорошей пластифицирующей способностью в бетонных и растворных смесях, обеспечивает быстрый набор ранней прочности и стабилизацию свойств комплексной добавки по показателям пластификации и морозостойкости.
Вместе с тем указанная добавка не обеспечивает требуемой длительности сохраняемости подвижности пластифицированных бетонных смесей при транспортировании, а стабилизация обеспечиваемых добавкой строительно-технических характеристик наблюдается только при хранении в герметично закрытых емкостях с минимальным наличием воздушной фазы. Это связано с тем, что применяемый для стабилизации свойств щелочной компонент - едкий натр - при высоких значениях рН (необходимая по заявке щелочность даже для разбавленного 1%-ного раствора соответствует значениям рН в интервале 8,1-10,8) реагирует с СО2, образуя смесь солей со значительно более низкими значениями рН.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение сохраняемости подвижности бетонных и растворных смесей с комплексной добавкой и обеспечение неизменности свойств добавки при хранении по показателям рН и строительно-техническим характеристикам строительных материалов с ней - пластичности, морозостойкости.
Поставленная задача решается тем, что комплексная добавка для бетонных смесей и строительных растворов, включающая суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната - ПНС, смесь балластных солей сероочистки - СБС, формиат натрия и щелочной компонент, в качестве щелочного компонента содержит технические фосфаты натрия и дополнительно лигносульфонаты технические - ЛСТ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| формиат натрия | 0-40 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 0-25 |
| СБС | остальное |
Добавка может содержать компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 1-25 |
| СБС | остальное |
Добавка может содержать компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 1-25 |
| формиат натрия | 5-40 |
| СБС | остальное |
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
Как отмечалось, ПНС характеризуются высоким пластифицирующим действием в цементных системах за счет выраженной поверхностной активности на границе «твердое тело/жидкость», но замедляют скорость начального структурообразования и твердения и не обеспечивают повышенной морозостойкости. Более того, ПНС за счет адсорбции быстро выводятся из жидкой фазы, вследствие чего подвижность цементных систем быстро снижается во времени. Введение в бетонную смесь комплексной добавки, содержащей ПНС и формиат натрия в заявленном соотношении, ускоряет набор прочности в ранние сроки твердения и обусловливает повышение морозостойкости, однако не улучшает характеристику «сохраняемости» и не обеспечивает значение рН водного раствора, которое препятствует протеканию физико-химических процессов, изменяющих состав и свойства комплексной добавки (2). Введение в состав комплексной добавки технических фосфатов приводит к образованию буферной системы и способствует сохранению оптимального значения рН даже при хранении добавки на открытом воздухе в течение длительного времени.
Добавление формиата натрия к ПНС приводит к снижению пластифицирующего эффекта, пропорционального, как правило, уменьшению доли ПНС в составе комплекса. Наблюдаемый при использовании технических фосфатов в указанном интервале синергический эффект компенсирует снижение доли ПНС и обеспечивает стабильность пластифицирующего действия комплексной добавки во всем заявленном интервале.
Заявляемый диапазон соотношений компонентов комплексной добавки установлен экспериментально и является оптимальным. При содержании ПНС выше 90% доля формиата натрия становится слишком малой, чтобы обеспечить ускоренный набор прочности бетонов, при содержании же ПНС ниже 50% не обеспечивается необходимая исходная марка по подвижности бетонной смеси П5 (см., например, состав 1.2 ближайшего аналога, а также данные (2) для составов с 50%-ным содержанием ПНС. Диапазон содержания технических фосфатов обусловлен необходимостью обеспечить требуемую щелочность комплексной добавки (рН 8,1-10,8)).
Пример осуществления изобретения
Для приготовления добавки используют
Суперпластификатор на основе полинафталинсульфонатов по ТУ 587-002-58042865-03 или по ТУ 5870-005-058042865-05
Смесь балластных солей сероочистки по ТУ 5 61-к-118-001-92
Лигносульфонаты технические по ТУ 13-0281036-05-89
Технические фосфаты натрия и формиат натрия выбирают в соответствии с установленными техническими условиями.
Проверку свойств комплексной добавки по настоящему изобретению проводят в соответствии с ГОСТом 30459-2003 на бетонной смеси состава (кг/м3): цемент - 350, песок - 850, щебень - 990, вода - 190, и на стандартной растворной смеси состава 1:3 при В/Ц-0,4. Подвижность определяют по ГОСТ 10181.1, а после твердения бетона в течение 28 суток образцы подвергают испытаниям на морозостойкость по ГОСТу 10060.2.
Влияние добавок по изобретению и по ближайшему аналогу на подвижность бетонных смесей и ее сохраняемость приведены в табл.1.
В табл.2 сопоставлены стабильность свойств комплексных добавок по заявке и ближайшему аналогу по показателям пластичности и морозостойкости строительного раствора через 6 месяцев хранения добавок в герметичной и открытой емкости. Из полученных данных следует, что комплексная добавка по заявке не уступает прототипу по стабильности свойств при хранении в герметичной емкости и существенно превосходит его при хранении в открытой емкости.
В табл.3 приведены составы комплексных добавок по заявке и результаты изучения их влияния на подвижность и сохраняемость бетонных смесей.
Как следует из приведенных данных, введение дополнительных компонентов - технических лигносульфонатов и формиата натрия в заявленных пределах, позволяет обеспечить необходимый уровень технологических характеристик строительных материалов.
| Таблица 1 | |||||||||||
| № | Соотношение компонентов комплексной добавки, мас.% | рН | Осадка конуса, см | Примечание | |||||||
| суперпластификатор на основе ПНС | СБС | формиат натрия | ЛСТ | щелочной компонент | 5 мин | 60 мин | 120 мин | ||||
| содержание | вид | ||||||||||
| 1.1 | 84,75 | 15 | 0,25 | NaOH | 10,8 | 21 | 13 | 2 | по ближайшему аналогу | ||
| 1.2 | 50,00 | 49,9 | 0,10 | NaOH | 9,2 | 16 | 6 | <1 | по ближайшему аналогу | ||
| 1.3 | 90 | 7 | 3 | технические фосфаты | 8,1 | 22 | 21 | 19 | по изобретению | ||
| 1.4 | 70 | 22 | 8 | технические фосфаты | 8,8 | 21 | 21 | 19 | по изобретению | ||
| 1.5 | 50 | 35 | 15 | технические фосфаты | 9,5 | 25 | 25 | 24 | по изобретению | ||
| 1.6 | 60 | 12 | 15 | 10 | п,4 | технические фосфаты | 8,5 | 20,5 | 21 | 20 | по изобретению |
| 1.7 | 50 | 20 | 10 | 5 | 15 | технические фосфаты | 9,5 | 20 | 23 | 22 | по изобретению |
| Таблица 2 | ||||||
| № по табл.1 | Стабильность свойств комплексной добавки по показателям растворной и бетонной смеси с ней | |||||
| при хранении 6 месяцев в герметичной емкости | при хранении 6 месяцев в открытой емкости | |||||
| (относительные величины в % к свежеприготовленной добавке) | (относительные величины в % к свежеприготовленной добавке) | |||||
| пластичность растворной смеси | сохраняемость бетонной смеси | морозостойкость бетона | пластичность растворной смеси | сохраняемость бетонной смеси | морозостойкость бетона | |
| 1.1 | 105 | 100 | 110 | 95 | 90 | 70 |
| 1.2 | 105 | 95 | 105 | 85 | 85 | 75 |
| 1.3 | 100 | 105 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 1.4 | 105 | 105 | 100 | 110 | 110 | 100 |
| 1.5 | 105 | 110 | 100 | 105 | 105 | 100 |
| Таблица 3 | |||||||||
| № | Соотношение компонентов комплексной добавки, мас.% | рН | Осадка конуса, см | ||||||
| суперпла стификатор на основе ПНС | СБС | технические фосфаты натрия | ЛСТ | формиат натрия | |||||
| 1 | 70 | 22 | 8 | 10,8 | 21 | 13 | 2 | ||
| 2 | 65 | 17 | 5 | 8 | 5 | 9,2 | 16 | 6 | <1 |
| 3 | 54 | 2 | 1 | 1 | 40 | 8,1 | 22 | 21 | 19 |
| 4 | 50 | 20 | 25 | 25 | - | 8,8 | 21 | 21 | 19 |
| 5 | 50 | 29 | 15 | 1 | 5 | 9,5 | 25 | 25 | 24 |
1. Комплексная добавка для бетонных смесей и строительных растворов, включающая суперпластификатор на основе полинафталинсульфоната - ПНС, смесь балластных солей сероочистки коксового газа на основе роданида и тиосульфата натрия - СБС, формиат натрия и щелочной компонент, отличающаяся тем, что в качестве щелочного компонента она содержит технические фосфаты натрия и дополнительно лигносульфонаты технические - ЛСТ и формиат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| формиат натрия | 0-40 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 0-25 |
| СБС | остальное |
2. Комплексная добавка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 1-25 |
| СБС | остальное |
3. Комплексная добавка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| суперпластификатор на основе ПНС | 50-90 |
| технические фосфаты натрия | 3-15 |
| ЛСТ | 1-25 |
| формиат натрия | 5-40 |
| СБС | остальное |
