Комплексная добавка для бетонных и растворных смесей
Владельцы патента RU 2308429:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)
Изобретение относится к области строительства, а именно к составам бетонных смесей и добавок для них. Комплексная добавка для бетонных и растворных смесей включает тонкомолотый минеральный компонент - отход производства ферросилиция на основе SiO2 - микрокремнезем, и добавки - С-3 и нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем - 10-21, С-3 - 14-32, нитрит натрия - 47-75. Технический результат - повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения при сохранении их высокой конечной прочности. 1 табл.
Изобретение относится к строительству, а именно к составам бетонных смесей и добавок для них.
Известны различные добавки, вводимые в бетонные смеси для улучшения свойств затвердевших бетонов /1/. Они отличаются по химическому и вещественному составу, влиянию на свойства бетонных смесей и затвердевшего бетона /2, 3/.
Недостатком простых добавок является ограниченность их влияния на свойства бетонов, в связи с чем они не дают возможности обеспечить требуемые свойства бетонных смесей и затвердевшего бетона.
Широкое распространение получили тонкомолотые добавки наполнители, повышающие плотность, а следовательно, прочность затвердевшего бетона /4/.
Известна добавка, состоящая из тонкомолотого ячеистого бетона автоклавного твердения /5/.
Однако введение такой добавки понижает удобоукладываемость бетонных смесей, т.к. требуется значительное количество воды для смачивания поверхности частиц добавки, и снижает скорость набора прочности бетонами в ранние сроки твердения. В связи с этим требуется использование специальных технологических приемов для повышения удобоукладываемости и темпов набора прочности бетонов.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и получаемому эффекту является комплексная добавка, включающая, мас.%: микрокремнезем - 77,2-94,0, смесь суперпластификатора С-3 и нитрита натрия - 4,7-15,7, вода - остальное /6/. Она и взята за прототип.
Бетонная смесь с известной добавкой имеет достаточно высокую конечную прочность, но скорость ее нарастания также недостаточна.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения при сохранении их высокой конечной прочности.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что комплексная добавка для бетонных и растворных смесей, включающая тонкомолотый минеральный компонент - отход производства ферросилиция на основе SiO2 - микрокремнезем, и добавки - С-3 и нитрит натрия, отличающаяся тем, что соотношение компонентов следующее, мас.%:
| Микрокремнезем | - 10...21 |
| С-3 | - 14...32 |
| Нитрит натрия | - 47...75. |
Микрокремнезем представляет собой тонкодисперсную двуокись кремния, образующуюся как побочный продукт при производстве ферросилиция.
Микрокремнезем - ультрадисперсный порошок с удельной поверхностью частиц, равной 700...1100 м2/кг. Средний диаметр частиц составляет 0,2 мкм, насыпная плотность - 200...250 кг/м3, а плотность зерен - 2200...2500 кг/м3.
Все компоненты комплексной добавки являются твердыми веществами и не требуют растворения в воде. В связи с этим добавку вводят в бетонные и растворные смеси отдельно или вместе с вяжущим и (или) заполнителями.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Готовили бетонные смеси различного количественного и качественного составов. В качестве вяжущего использовали портландцемент Мальцовского завода марки ПЦ М500 Д0, в качестве мелкого заполнителя - кварцевый песок Вяземского карьера с модулем крупности 2,56, а в качестве крупного заполнителя - гранитный щебень Орского завода фракции 10...20. Добавку вводили в количестве 0,5% массы цемента. Составы добавки и соотношение ее компонентов приведены в таблице.
После изготовления бетонные образцы твердели все время до испытаний в камере нормального твердения.
При совместном введении всех упомянутых компонентов добавки достигается эффект, невозможный при отдельном их использовании.
Наличие нитрита натрия в составе бетонных и растворных смесей сильно повышает щелочность их жидкой фазы. Микрокремнезем в сильнощелочной среде начинает взаимодействовать с образовавшимся гидроксидом кальция по реакции
Образовавшиеся низкоосновные соединения CSH являются стабильными при температурах до 90°С. В связи с этим бетоны интенсивно твердеют и набирают прочность при различных температурах твердения и термовлажностной обработки. Кроме этого, частицы микрокремнезема будут являться центрами, на которых начнут выкристаллизовываться образующиеся кристаллогидраты, тем самым отводя их от поверхности зерен цемента и освобождая поверхность цемента для дальнейшей гидратации. Все это будет способствовать быстрому набору прочности твердеющим бетоном.
Однако при введении микрокремнезема в жидкой фазе цементного теста образуется гель оксида кремния, который «садится» на зерна цемента, образуя вокруг них полупроницаемые пленки. Эти экранирующие пленки замедляют реакции взаимодействия цемента с жидкой фазой, что приводит к замедлению схватывания и в некоторой степени твердения цемента. Для ликвидации этого недостатка микро кремнезема в состав добавки входит нитрит натрия.
Нитрит натрия, взаимодействуя с микрокремнеземом в присутствии образовавшегося гидроксида кальция по реакции
приводит к связыванию SiO2 в труднорастворимый гидросиликат кальция, обеспечивая нормальную гидратацию цемента и набор прочности бетоном.
Соединения, образовавшиеся по реакциям (1) и (2), также станут центрами кристаллизации, к которым будет происходить рост и присоединение новообразований цементного камня. Это приведет к образованию прочной, мелкопористой структуры затвердевшего цементного камня, повышению плотности и прочности бетона.
Нитрит натрия, растворяясь в воде затворения, сильно повышает щелочность жидкой фазы бетонных и растворных смесей, в результате чего эффект пластификации этих смесей от совместного действия нитрит натрия с С-3 значительно возрастает (таблица).
Как следует из полученных результатов, бетоны с предлагаемой добавкой (составы №№6...11) активно набирают прочность как в ранние, так и в последующие сроки твердения. При этом темп набора прочности по сравнению с прототипом (состав №1) составляет 160...170% в ранние сроки и 140...150% в возрасте 28...56 суток.
Приводимые данные свидетельствуют о том, что высокий темп набора прочности набирается бетонами только при соблюдении указанного оптимального соотношения компонентов в комплексной добавке. Отклонение от этого соотношения приводит к снижению темпа набора прочности во все сроки твердения (составы №6, 11). При этом положительный результат достигается только при совместном введении всех компонентов добавки. Как видно из полученных данных, при введении в бетонную смесь компонентов по отдельности (составы №2, 3, 4) или при неполном сочетании компонентов (составы №2, 3, 4, 12, 13, 14) заявляемый эффект не достигается.
Таким образом, предлагаемая добавка имеет несомненные преимущества по сравнению с известными добавками. Она может быть использована при производстве растворных и бетонных смесей, а также при изготовлении монолитных и сборных железобетонных изделий.
Источники информации
1. Шейкин А.Е. Строительные материалы. Учебник для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1978. - С.127.
2. Добролюбов Г., Ратинов В.В., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками. - М.: Стройиздат, 1983. - 212 с.
3. Руководство по применению химических добавок в бетоне / НИИЖБ Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980. - 55 С.
4. Дворкин Л.И. и др. Цементные бетоны с минеральными наполнителями. - Киев: Будивэльнык, 1991. - 135 с.
5. А.с. 1172902 СССР. Бетонная смесь / А.Е.Шейкин, Л.М.Добшиц. - МИИТ (СССР). - Открытия. Изобретения. 1985. - №3.
6. Патент РФ №2096372. Способ приготовления комплексного модификатора бетона и комплексный модификатор бетона / С.С.Каприелов, А.В.Шейнфельд, Н.Ф.Жигулев. - Предприятие Мастер Бетон. - БИ №32, 1998(прототип)
| Таблица | ||||||||
| № состава | Содержание компонентов в добавке, мас.% | Прочность на сжатие, МПа в возрасте, сут | ||||||
| Измельченный ячеистый бетон | Нитрит натрия | С-3 | Микрокремнезем | 0,5 | 7,0 | 28,0 | 56,0 | |
| 1 | 100 | - | - | - | 5,3 | 19,9 | 40,1 | 43,9 |
| 2 | - | 100 | - | - | 5,6 | 23,0 | 40,4 | 44,5 |
| 3 | - | - | 100 | - | 5,4 | 20,7 | 40,2 | 41,3 |
| 4 | - | - | - | 100 | 5,2 | 18,9 | 40,3 | 40,9 |
| 5 (аналог) | 60 | - | 25 | 15 | 5,0 | 25,8 | 42,1 | 45,3 |
| 6 (прототип) | - | 12 | 5 | 83 | 5,1 | 26,8 | 57,2 | 58,1 |
| 7 | - | 45 | 33 | 22 | 7,0 | 40,0 | 48,3 | 53,7 |
| 8 | - | 47 | 32 | 21 | 9,0 | 47,7 | 59,4 | 62,3 |
| 9 | - | 60 | 25 | 15 | 8,9 | 48,0 | 60,7 | 63,4 |
| 10 | - | 70 | 18 | 12 | 8,8 | 48,8 | 62,1 | 65,0 |
| 11 | - | 75 | 15 | 10 | 8,6 | 40,8 | 60,3 | 63,1 |
| 12 | - | 78 | 13 | 9 | 7,0 | 40,0 | 55,1 | 55,3 |
| 13 | - | 70 | 30 | - | 6,5 | 34,3 | 41,0 | 44,5 |
| 14 | - | 75 | - | 25 | 6,0 | 37,0 | 42,7 | 43,1 |
| 15 | - | - | 60 | 40 | 5,7 | 35,1 | 40,9 | 42,7 |
| 16 | - | - | - | - | 4,9 | 31,0 | 40,5 | 42,3 |
Комплексная добавка для бетонных и растворных смесей, включающая тонкомолотый минеральный компонент - отход производства ферросилиция на основе SiO2 - микрокремнезем и добавки - С-3 и нитрит натрия, отличающаяся тем, что соотношение компонентов следующее, мас.%:
| Микрокремнезем | 10-21 |
| С-3 | 14-32 |
| Нитрит натрия | 47-75 |
