Патент на изобретение №2360877

(54) КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР К ЦЕМЕНТНОМУ БЕТОНУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству цементных бетонов общестроительного назначения. Комплексный модификатор к цементному бетону включает минеральный носитель – карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество ПАВ редуцирующего действия – поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный карбонатный шлам – 99,5, поликарбоксилатный эфир – 0,5, при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента. Технический результат – повышение долговечности, водо- и морозостойкости, прочности бетона. 2 табл.

Изобретение относится к производству цементных бетонов общестроительного назначения. Бетоны содержат комплексный модификатор, состоящий из минерального носителя (подложки) и поверхностно-активного вещества (ПАВ) пластифицирующего действия.

Известен минеральный наполнитель в виде тонкомолотого кварцевого песка и т.д. В результате введения этого наполнителя возрастает прочность цементной композиции /Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы в строительстве /В.И.Соломатов, А.Н.Бобрышев, К.Г.Химмлер. – М.: Стройиздат, 1988, – 198 с./ [1].

Недостатком полученного состава является отсутствие положительного влияния на адгезионную прочность цементного теста к заполнителю и низкая морозостойкость бетона.

Известен состав, включающий минеральный носитель – карбонатный шлам (побочный продукт водоумягчения на ТЭС), состоящий из 90-95% СаСО₃ и 5-10% Fe(ОН)₃ с удельной поверхностью твердых частиц 5-7 тыс.см²/г /А.с. 709593. Сырьевая смесь для получения керамзитобетона / А.А.Новопашин, С.Ф.Коренькова [и др.] – Опубл. 1979 / [2]. Достоинством состава является повышенная прочность на сжатие бетона.

Недостатком этого состава является повышенная водопотребность цемента, что способствует в процессе гидратации его образованию более пористой структуры камня и пониженной морозостойкости.

Наиболее близким по технической сущности является комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов, в котором в качестве минеральной добавки использован карбонатный шлам, а ПАВ – воздухововлекающее вещество – алкиларилсульфонат натрия / Пат.2205809 Российская Федерация, МПК С04В 28/02/ (С04В 28/02, 24:24), 111:20. Комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов / С.Ф.Коренькова, Д.А.Горюхин; заявитель и патентообладатель СамГАСА. – 2001109831; заявлено 11.04.2001; опубл. 10.06.2003. Бюл. – 2003. – 16. / [3]. Принят за прототип.

Сущностью изобретения является повышение качества бетонной смеси.

Техническим результатом является повышение долговечности цементного бетона, а именно водо- и морозостойкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном составе, включающем минеральный носитель – карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество ПАВ редуцирующего действия, особенностью является то, что он в качестве указанного ПАВ содержит поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента.

ПАВ пластифицирующего действия – высокоактивная химическая добавка Бисил СЦЦ. Высокая степень снижения водоцементного отношения достигается за счет активного редуцирующего действия поликарбоксилатного эфира (ПКЭ), используемого в качестве ПАВ.

Карбонатный шлам представляет собой осадок, образуемый при водоумягчении воды на теплоэлектростанции г. Самары следующего состава: CaO – 86%, MgO – 12%, Fe₂O₃ – 2%. Основным минералом шлама является карбонат кальция, который находится в виде тонкодисперсных фракций с удельной поверхностью частиц 10000 см²/г. Последнее определяет его высокую поверхностную активность.

Установлена максимальная дозировка ПКЭ – 0,5% от массы комплексного модификатора (в расчете на сухое вещество). ПКЭ перемешивается с карбонатным шламом до образования комплексной добавки и затем подается в бетонную смесь.

Физико-химические процессы в комплексном модификаторе и цементе позволяют синергетически усилить полезные свойства компонентов (пластифицирующий эффект возрастает в 2-2,5 раза, прочность – на 40-50%, В/Ц снижается с 0,55 до 0,38). Результатом химического взаимодействия высокодисперсного карбоната кальция с алюминатами цементного клинкера является образование нового кристаллического соединения волокнистой структуры – гидрокарбоалюмината кальция (3СаО·Al₂О₃·СаСО₃·11Н₂О), что создает дополнительное увеличение прочности бетона.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Для приготовления бетонных смесей использовали: карбонатный щебень фракций 5-20 мм; цемент марки 400ДО, кварцевый песок размером 0,22,5 мм, а также 0,5% ПКЭ от массы модификатора (в расчете на сухое вещество). Поликарбоксилатный эфир, представляющий собой модифицированный карбоксиловый эфир, относится к группе гиперпластификаторов. После приготовления комплексного модификатора в количестве 15, 20 и 25% от массы цемента вводили в бетонную смесь и после перемешивания изготавливали контрольные образцы для определения прочности, плотности, морозостойкости и водостойкости бетона по стандартным методикам (после 28 суток твердения в нормальных условиях).

В таблице 1 приведены составы тяжелого цементного бетона, а в таблице 2 – результаты их испытаний.

Таблица 1
Составы бетонных смесей (известный и заявляемые)
состава	Содержание компонентов, кг на 1 м3 смеси	Комплексный модификатор, % от массы цемента
Цемент	Щебень	Песок	Вода	Комплексный модификатор
1	300	1150	550	165	–	0
2	300	1150	550	125	45	15
3	300	1150	550	135	60	20
4	300	1150	550	155	75	25

Таблица 2
Физико-механические свойства бетонов
состава	Плотность бетона, кг/см3	Прочность на сжатие, МПа	Морозостойкость, кол-во циклов	Коэффициент размягчения	Кол-во свободного Са(ОН)2
1	2250	21,0	150	0,87	2,5
2	2150	30,0	250	0,94	2,55
3	2120	31,0	250	0,92	отсутствует
4	2100	25,0	200	0,9	отсутствует

Применение комплексного модификатора позволяет получить существенный технико-экономический эффект за счет снижения водопотребности цемента, улучшения пластических свойств бетонной смеси, а также уменьшения макропористости при одновременном увеличении объема микропор, в результате чего достигается повышенная долговечность (водо-, коррозие-, морозостойкость), прочность бетона.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

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. Пат. 2205809 Российская Федерация, МПК С04В 28/02/ (С04В 28/02, 24:24), 111:20. Комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов / С.Ф.Коренькова, Д.А.Горюхин; заявитель и патентообладатель СамГАСА. – 2001109831; заявлено 11.04.2001; опубл. 10.06.2003. Бюл. – 2003, – 16.

Формула изобретения

Комплексный модификатор к цементному бетону, включающий минеральный носитель – карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество ПАВ редуцирующего действия, отличающийся тем, что в качестве указанного ПАВ он содержит поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента.