Комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов
Владельцы патента RU 2476395:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве различных быстротвердеющих бетонных и железобетонных изделий и конструкций из тяжелого и легкого бетона на предприятиях стройиндустрии без применения тепловой обработки, а также при ведении монолитного строительства. Комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов, включающий кремнеземсодержащий компонент и суперпластификатор на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия дополнительно содержит отходы производства цемента - цементную пыль, обладающую гидратационной активностью и отход сахарного производства - патоку как дополнительную пластифицирующую добавку и для стабилизации образующихся гидросиликатов кальция, а в качестве кремнеземсодержащего компонента используют микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: патока 0,3-6, отход производства цемента - цементная пыль 51-88,3, суперпластификатор на основе полиметиленнафталинсульфонагов натрия 1,4-8, микрокремнезем 10-35. Технический результат заключается в обеспечении регулирования удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей, стабильности нарастания прочности во времени быстротвердеющих портландцементных бетонов, уменьшении времени и/или температуры термовлажностной обработки бетонов. 4 табл.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве различных быстротвердеющих бетонных и железобетонных изделий и конструкций из тяжелого и легкого бетона на предприятиях стройиндустрии без применения тепловой обработки, а также при ведении монолитного строительства.
Известен комплексная модифицирующая добавка для получения быстротвердеющих портландцементных бетонов, включающая щелочной ускоритель твердения, суперпластификатор и микрокремнезем (Патент РФ №2232144, МПК: С04В 28/04). При этом она дополнительно содержит поли- гидроксидикарбоновую кислоту и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: щелочной ускоритель твердения 7,65-19,90; суперпластификатор 7,65-15,30; полигидроксидикарбоновая кислота 0,042-0,093; кальцинированная сода 0,22-0,50; микрокремнезем - остальное.
Однако известная комплексная модифицирующая добавка отличается поликомпонентностью и содержит дефицитный микрокремнезем, а также достаточно высокое содержание добавки суперпластификатора.
Известен также органоминеральный модификатор для бетонных смесей и способ его получения, включающий в себя смешение (мас.%) высокодисперсной активной пуццолановой добавки на основе кремнезема 25-51, не содержащего кремнезем и не обладающего пуццолановой активностью микронаполнителя 40-60, суперпластификатора 5-20 в смесителе до полной гомогенизации с уплотнением готового продукта до насыпной плотности не менее 650 г/м3 (Патент РФ №2382004, МПК С04В 22/06, С04В 24/16, С04В 103/30, С04В 103/60. Опубл. 10.08.2009 г.).
Недостатком известного органоминерального модификатора является необходимость использования инертного наполнителя с высокой удельной поверхностью, что предполагает использование помольного оборудования.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является комплексная добавка включающая в себя, мас.%: техногенный глауконитовый песок 80-84, суперпластификатор С-3 8-10, нитрат кальция 8-10 (Патент РФ №2385302, МПК С04В 24/24, С04В 22/06, С04В 103/24, С04В 103/60, Опубл. 27.03.2010).
Недостатком известной комплексной добавки является достаточно высокий диапазон дозирования добавки 8-10% с высоким содержанием добавки суперпластификатора С-3 до 10% и получением при этом бетонных смесей с невысокими значениями подвижности.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка состава органоминеральной добавки при сохранении возможности регулирования удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей, обеспечения стабильности нарастания прочности во времени быстротвердеющих портландцементных бетонов, полученных с использованием заявляемой органоминеральной модифицирующей добавки.
Технический результат заключается в обеспечение регулирования удобоукладываемости быстротвердеющих бетонных смесей, стабильности нарастания прочности во времени быстротвердеющих портландцементных бетонов, уменьшении времени и/или температуры термовлажностной обработки бетонов, полученных с использованием заявляемой комплексной модифицирующей добавки (2 табл.).
Поставленная задача решается тем, что в комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов, включающий кремнеземсодержащий компонент и суперпластификатор на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия, дополнительно введены отходы производства цемента - цементная пыль, обладающая гидратационной активностью и отход производства сахарного песка - патока, как дополнительную пластифцирующуюй добавку и для стабилизации образующихся гидросиликатов кальция, а в качестве кремнеземсодержащего компонента используют микрокремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Патока | 0,3-6 |
| Отход производства цемента - цементная пыль | 51-88,1 |
| Суперпластификатор на основе | |
| полиметиленнафталинсульфонатов натрия | 1,4-8 |
| Микрокремнезем | 10-35 |
В качестве отхода производства сахарного песка используется патока производства ОАО «Балашовский сахарный завод», в качестве отхода производства цемента - цементная пыль ОАО «Вольскцемент», в качестве микрокремнезема используется отход Братского завода ферросплавов при получении силицидов и ферросилиция в электродуговых печах.
Получение комплексного органоминерального модификатора включает следующие этапы: 1. Цементную пыль загружают в смеситель-активатор и перемешивают в течение 40-120 минут с отходом сахарного производства - патокой, предварительно разбавленной водой в соотношении от 1/1 до 1/2 в зависимости от состава сырья. 2. Полученный полуфабрикат смешивают с микрокремнеземом и суперпластификатором С-3, с последующей сушкой и гранулированием.
Дополнительное введение отхода производства сахара-патоки приводит к дополнительному разжижению цементного теста, а также образованию стабильной зародышевой гидросиликатной фазы, выполняющей функцию центров структурирования [Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989. - 188 с.].
Введение цементной пыли, с одной стороны, служит источником гидросиликатов для синтеза зародышевой фазы, а с другой стороны, выполняет роль высокодисперсного наполнителя. В результате увеличивается плотность цементного геля, повышается конечная прочность цементных композитов.
Составы органоминеральной добавки по изобретению и ближайшего аналога (прототипа) приведены в таблице №1,3 а их свойства приведены в таблице №2 и 4.
| Таблица 1 | |||||||
| Составы органоминеральных добавок | |||||||
| №п/п | Компоненты | Кол-во компонентов, % по массе, в добавках | |||||
| предлагаемых составах | прототипа | ||||||
| состав №1 | состав №2 | состав №3 | состав№4 | состав №5 | состав №6 | ||
| 1 | Микрокремнезем | 10 | 15 | 25 | 30 | 35 | 80 |
| 2 | Цементная пыль | 88,1 | 80,7 | 69 | 60 | 51 | - |
| 3 | Суперпластификатор С-3 | 1,4 | 2,8 | 3,5 | 6 | 8 | 10 |
| 4 | Патока | 0,5 | 1,5 | 2,5 | 4 | 6 | - |
| 5 | Ca(NO3)2 | - | - | - | - | - | 10 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Физико-механические показатели модифицированных цементно-песчаных образцов-балочек 40×40×160 мм | |||||||||
| Составы | Подвижность, расплыв стандартного конуса, мм | Предел прочности при изгибе в %(МПа) | Предел прочности при сжатии в % (МПа) | ||||||
| 1 сут | 2 сут | 3 сут | 28 сут | 1 сут | 2 сут | 3 сут | 28 сут | ||
| Контроль ный |
112 | 100 (1,7) | 100(2,2) | 100 (3,6) | 100 (5,6) | 100 (8,2) | 100 (17,1) | 100 (22,4) | 100 (45,6) |
| состав №1 | 124 | 135,9 (2,31) | 164,5 (3,62) | 121,9 (4,39) | 150 (8,4) | 118,3 (9,7) | 165,5 (28,3) | 164,7 (36,9) | 121,7 (55,5) |
| состав №2 | 132 | 142,4 (2,42) | 163,6 (3,6) | 116,7 (4,2) | 142,9 (8,0) | 141,5 (11,6) | 169,0 (28,9) | 167,9 (37,6) | 122,8 (56,0) |
| состав №3 | 122 | 158,8 (2,7) | 159,1 (3,5) | 116,7 (4,2) | 126,8 (7,1) | 193,9 (15,9) | 183,6 (31,4) | 201,3 (45,1) | 149,6 (68,2) |
| состав №4 | 115 | 147,1 (2,5) | 160 (3,52) | 113,9 (4,1) | 132,1 (7,4) | 176,8 (14,5) | 177,8 (30,4) | 182,6 (40,9) | 131,4 (59,9) |
| состав №5 | 107 | 145,3 (2,47) | 168,6 (3,71) | 113,9 (4,1) | 135,7 (7,6) | 157,3 (12,6) | 172,5 (29,5) | 175 (39,2) | 127,4 (58,1) |
| состав №6 | 122 | - | - | - | - | 202,0 (12,5) | - | 184,0 (33,9) | 135,0 (80,3) |
| Примечание: 1. «-» в прототипе числовые значения прочности не приводятся. 2. количество вводимой добавки было неизменно и составляет 5% от массы цемента. |
Анализ данных табл.2 показывает, что наиболее оптимальным составом с лучшими показателями физико-механических свойств и кинетике набора прочности является состав №3. По техническому результату данный состав незначительно уступает составу прототипа на первые сутки твердения, однако, на 3 и 28 сутки прочностные показатели в процентном соотношении с контрольным составом выше на 16,3 и 14,6% соответственно. Количественное содержание компонентов состава №3 наиболее оптимально, так как увеличение количества углеводсодержащих компонентов приводит к замедлению набора прочности [Тараканов О.В. Цементные материалы с добавками углеводов - Пенза: ПГАСА, 2003. - 166 с. Применение комплексных добавок для повышения прочности бетона. / Тараканов О.В., Пронина Т.В., Тараканова Е.О. // Популярное бетоноведение. - М., 2008. - №4. - С.26-29]. Применение меньшего количества углеводов нерационально в связи с уменьшением количества слабозакристаллизованных продуктов гидратации цементной пыли. Увеличение количества микрокремнезема повышает водопотребность смеси, обуславливая необходимость увеличения дозировки пластифицирующих добавок, избыточное количество которых также приводит к замедлению набора прочности.
Составы бетонов с комплексными органоминеральными модификаторами представлены в табл.3.
| Таблица 3 | |||||||
| Составы модифицированных цементных бетонов | |||||||
| № п/п | Марка по удоб-ти | Состав добавки | Цемент, кг/м | Песок, кг/м | Щебень, кг/м | Вода, л/м3 | Добавка, % от массы цемента(кг) |
| 1 | П1 | Без добавки | 310 | 670 | 1250 | 190 | - |
| 2 | П3 | Состав №1 | 310 | 670 | 1250 | 190 | 5,0(15,5) |
| 3 | П4 | Состав №2 | 310 | 670 | 1250 | 190 | 5,0(15,5) |
| 4 | П3 | Состав №3 | 310 | 670 | 1250 | 190 | 5,0(15,5) |
| 5 | П2 | Состав №4 | 310 | 670 | 1250 | 190 | 5,0(15,5) |
| 6 | П3 | Состав №5 | 310 | 670 | 1250 | 190 | 5,0(15,5) |
Оптимальное количество вводимой добавки варьируется в диапазоне 2,5-7,5% от массы цемента. В зависимости от состава добавки возможно получение бетонных смесей с различной маркой по удобоукладываемости от П2 до П4.
| Таблица 4 | ||||||
| Физико-механические характеристики образцов модифицированных цементных бетонов (100×100×100 мм) | ||||||
| № п/п | Состав | Средняя прочность образцов, кг/см2 | Класс бетона (марка) | |||
| 1 сут | 2 сут | 3 сут | 28 сут | |||
| 1 | Контрольный | 78 | 119 | 151 | 368 | В22,5 (М300) |
| 2 | Состав №1 | 116 | 210 | 295 | 564 | В40 (М500) |
| 3 | Состав №2 | 119 | 216 | 301 | 607 | В45 (М600) |
| 4 | Состав №3 | 138 | 240 | 310 | 640 | В45 (М600) |
| 5 | Состав №4 | 129 | 234 | 308 | 628 | В45 (М600) |
| 6 | Состав №5 | 121 | 225 | 305 | 619 | В45 (М600) |
Проведенные исследования влияния органоминеральных модификаторов составов 1-5 на физико-механические характеристики цементного тяжелого бетона показывают возможность получения бетонов с высокими физико-механическими показателями в ранние сроки твердения, при условии высокой подвижности бетонной смеси. Составы бетонных смесей с комплексным органоминеральным модификатором могут использоваться на предприятиях стройиндустрии для выпуска железобетонных изделий без применения тепловой обработки, а также в монолитном строительстве.
Комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов, включающий кремнеземсодержащий компонент и суперпластификатор на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия, отличающийся тем, что в него дополнительно введены отходы производства цемента - цементная пыль, обладающая гидратационной активностью, и отход сахарного производства - патока как дополнительная пластифицирующая добавка и для стабилизации образующихся гидросиликатов кальция, а в качестве кремнеземсодержащего компонента используют микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, маc.ч.:
| Патока | 0,3-6 |
| Отход производства цемента - цементная пыль | 51-88,1 |
| Суперпластификатор на основе | |
| полиметиленнафталинсульфонатов натрия | 1,4-8 |
| Микрокремнезем | 10-35 |
