Композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов и способ ее производства
Владельцы патента RU 2513373:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составу и способу приготовления комплексной добавки для бетонов. Технический результат - уменьшение водопоглощения и повышение прочности бетона, включающего комплексную добавку по изобретению. Композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, масс. %: лигносульфонаты технические 30-60, глина, содержащая монтмориллонит, 14-26, хлористый кальций 1-5, щелочной сток производства ε-капролактама 2-4, олигомеры ε-капролактама 2-4, спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама 10-20, фосфолипиды растительных масел 4-7, нерафинированное рапсовое масло 3-8. Способ производства комплексной добавки для бетонов - введение в смеситель роторно-пульсационного типа и совместное диспергирование щелочного стока производства ε-капролактама, олигомеров ε-капролактама, спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама, фосфолипидов растительных масел и нерафинированного рапсового масло, затем в смеситель вводят измельченную глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс до её измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций. 2 н.п. ф-лы. 5 пр., 2 табл.
Изобретение относится к строительной промышленности, а именно к составу и способу приготовления комплексной добавки для бетонов.
Известна композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит.
(см. Патент РФ №2276660, С04В 22/00, 2004 г.).
Известная композиция содержит следующие компоненты, масс.%:
| Лигносульфонаты технические | 20 |
| Глина, содержащая монтмориллонит | 20 |
| Глина огнеупорная | 60 |
В том же патенте описан способ производства комплексной добавки на основе указанной композиции путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов. Данное изобретение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному изобретению и поэтому принято за прототип.
Недостатком известной комплексной добавки является неудовлетворительная прочность получаемого с ее использованием бетона. Кроме того, повышенный расход добавки - 1,5% (от массы цемента) - снижает эффективность ее использования.
Задачей изобретения является улучшение физико-механических свойств бетона, включающего комплексную добавку.
Поставленная задача решена созданием композиции для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающей лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, которая дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, % масс.:
| Лигносульфонаты технические | 30-60 |
| Глина, содержащая монтмориллонит | 14-26 |
| Хлористый кальций | 1-5 |
| Щелочной сток производства ε-капролактама | 2-4 |
| Олигомеры ε-капролактама | 2-4 |
| Спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама | 10-20 |
| Фосфолипиды растительных масел | 4-7 |
| Нерафинированное рапсовое масло | 3-8 |
Поставленная задача решается также способом производства комплексной добавки для бетонов путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов композиции, при котором сначала в роторно-пульсационный смеситель вводят и совместно диспергируют щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел и нерафинированное рапсовое масло, затем в смеситель вводят глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций.
В процессе совместного диспергирования олигомеры ε-капролактама и продукты спиртовой фракции отхода производства ε-капролактама вступают в реакции ацидолиза, алкоголиза, этерификации и полимеризации с триглицеридами, жирными кислотами и фосфолипидами растительных масел с образованием высокомолекулярных веществ, обладающих выраженными смачивающими и диспергирующими свойствами, и этим способствуют увеличению площади взаимодействия между твердыми частицами монтмориллонита и молекулами олигомеров ε-капролактама, в том числе их диффузии в межслоевое пространство монтмориллонита. В межслоевом пространстве продолжаются процессы образования высокомолекулярных веществ, молекулы которых образуют эластичный межслоевой наноразмерный «каркас», придающий монтмориллониту связанность, пластичность и прочность. Водные суспензии наноструктурированного монтмориллонита представляют собой устойчивую коллоидную систему с размером частиц монтмориллонита 0,1÷100 нм, которая не расслаивается в течение 11-12 месяцев. То есть наноструктурированный монтмориллонит повышает диспергирующие, стабилизирующие, пластифицирующие и кольматирующие свойства предлагаемой комплексной добавки. Лигносульфонаты повышают подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси, снижают водоцементное отношение. Хлорид кальция способствует повышению прочности бетона, морозостойкости. Наноструктурированный олигомерами ε-капролактама монтмориллонит увеличивает подвижность, нерасслаиваемость бетонной смеси, способствует ее уплотнению и формированию равномерной структуры бетона в процессе твердения.
Согласно изобретению используют: лигносульфонаты технические ТУ 5870-002-46849456-03, монтмориллонит ГОСТ 7032-75, хлористый кальций ГОСТ 450-77, фосфолипиды растительных масел ТУ 10040259-89, щелочной сток производства капролактама ТУ 2433-039-00205311-08, нерафинированные масла - подсолнечное ГОСТ 52465-2005, рапсовое ГОСТ 8988-2002, касторовое ГОСТ 6757-96, а также спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама и концентрированные олигомеры ε-капролактама (КОК) производства полиамида-6.
Изобретение иллюстрируют примерами:
Пример 1. Готовят комплексную добавку для бетонов.
Для производства 100 кг (100% масс.) комплексной добавки для бетонов в смеситель роторно-пульсационного типа сначала вводят и совместно диспергируют 4 кг щелочного стока производства ε-капролактама (то есть 4% масс.), 4 кг олигомеров ε-капролактама (4% масс.), 20 кг спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама (20% масс.), 7 кг фосфолипидов растительных масел (7% масс.) и 8 кг нерафинированного рапсового масла (8% масс.), ведут процесс в течение 120 минут, затем в смеситель вводят 26 кг глины (26% масс.), содержащей монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц менее 10-2 мкм, после чего в смесь вводят 30 кг лигносульфонатов технических (30% масс.) и 1 кг хлористого кальция (1% масс.).
Примеры 2-4. Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 5. Для производства комплексной добавки для бетонов в смеситель роторно-пульсационного типа вводят и совместно измельчают все компоненты смеси до размера частиц монтмориллонита менее 10-1 мкм. Показатели процесса приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Наименование параметра | Ед. изм. | Параметры по примерам | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Лигносульфонаты технические | % масс. | 30 | 45 | 60 | 25 | 65 |
| Хлористый кальций | % масс. | 1 | 3 | 5 | 6 | 1 |
| Глина, содержащая монтмориллонит | % масс. | 26 | 20 | 14 | 29 | 10 |
| Щелочной сток производства ε-капролактама | % масс. | 4 | 3 | 2 | 5 | 1 |
| Олигомеры ε-капролактама | % масс. | 4 | 3 | 2 | 5 | 1 |
| Спиртовая фракция отхода производства ε-капролактама | % масс. | 20 | 15 | 10 | 25 | 5 |
| Фосфолипиды растительных масел | % масс. | 7 | 6 | 4 | 3 | 8 |
| Нерафинированное рапсовое масло | % масс. | 8 | 5 | 3 | 2 | 9 |
| Размер частиц монтмориллонита, менее | мкм | 10-2 | 10-2 | 10-2 | 10-1 | 10-1 |
Эффективность предлагаемой комплексной добавки определяли в соответствии с ГОСТ 3045-2008. Подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси оценивали по величине осадки конуса (ОК) в соответствии с ГОСТ 10181-2000.
Для приготовления бетонной смеси использовали цемент марки ЦВМ I 42,5 Н, ГОСТ 31108-2003, песок с модулем крупности (Мкр) 2,0-2,5 и щебень фракции 5,0-20,0 мм. В соответствии с ГОСТ 18105-86, ГОСТ 27006-86 и СНиП 82-02-95 «Федеральные элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций» и по результатам лабораторных и опытно-производственных испытаний был подобран контрольный состав бетонной смеси в расчете на 1 м3. Для определения прочности на сжатие изготавливали кубы 100×100×100 мм (4 серии по 6 шт.) для каждого образца бетона с добавками и образца без добавок (эталона). Путем пересчета расхода материалов, необходимых для получения образцов бетона, получили следующий состав сухой бетонной смеси: цемент - 1,08 кг; песок 2,5 кг; щебень - 3,39 кг.
Для испытаний образцов бетона использовали гидравлический пресс П-125 со шкалой 62,5 тс и таблицу пересчета нагрузки сжатия при поправочном коэффициенте К=0,95, учитывающем размер грани куба испытуемого образца (100 мм), так как стандартными для испытаний являются кубы с размером грани 150 мм (ГОСТ 10180-90, ГОСТ 18105-86).
Результаты испытаний бетона с предлагаемой комплексной добавкой по примерами и добавкой-прототипом приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Образцы бетона | Нормальная густота цементной пасты, % | Количество добавки, от массы цемента в бетонной смеси, % | Водоцементное отношение | Осадка конуса, см | Прочность на сжатие, МПа | Водопо- Глоще- ние, % |
| С добавкой по примеру 1 | 26,8 | 0,25 | 0,3 | 18 | 38,2 | 0,03 |
| С добавкой по примеру 2 | 26,1 | 0,35 | 0,27 | 22 | 42,8 | 0,03 |
| С добавкой по примеру 3 | 26,5 | 0,3 | 0,27 | 18 | 39,0 | 0,03 |
| С добавкой по примеру 4 | 27,0 | 1,2 | 0,33 | 20 | 32,7 | 0,09 |
| С добавкой по примеру 5 | 27,6 | 1,0 | 0,3 | 20 | 33,2 | 0,1 |
| С добавкой по прототипу | 27,1 | 1,5 | 0,35 | 20 | 34,1 | 0,09 |
За счет использования предлагаемой комплексной добавки оптимизированного состава, изготовленной по предлагаемой технологии (примеры 1-3), показатель водопоглощения образцов бетона по сравнению с образцом с добавкой по прототипу уменьшается в 3 раза, а предел прочности при сжатии увеличивается на 20%. Отклонение от оптимального количественного содержания ингредиентов в композиции и параметров процесса приготовления добавки (примеры 4 и 5) не приводит к улучшению физико-механических свойств бетона по сравнению с образцом бетона с добавкой по прототипу.
Предлагаемая добавка для бетонов может использоваться в производстве густоармированных железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства, а также гидротехнических сооружений, мостов и автомобильных дорог. Кроме того, олигомеры ε-капролактама и продукты взаимодействия фосфсолипидов или триглицеридов растительных масел с веществами спиртовой фракции отходов производства ε-капролактама являются эффективными ингибиторами коррозии арматуры бетона, что важно при эксплуатации железобетонных изделий и сооружений в агрессивных средах кислот, щелочей и технологических газов.
Композиция для приготовления комплексной добавки для бетонов, включающая лигносульфонаты технические и глину, содержащую монтмориллонит, отличающаяся тем, что дополнительно содержит хлористый кальций, щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отхода производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел, нерафинированное рапсовое масло при следующем соотношении компонентов, % масс.:
| Лигносульфонаты технические | 30-60 |
Глина, содержащая монтмориллонит, 14-26
Хлористый кальций 1-5
Щелочной сток производства ε-капролактама 2-4
Олигомеры ε-капролактама 2-4
Спиртовая фракция отхода производства
ε-капролактама 10-20
Фосфолипиды растительных масел 4-7
Нерафинированное рапсовое масло 3-8
2. Способ производства комплексной добавки для бетонов по п.1 путем предварительного измельчения глины, содержащей монтмориллонит, с последующим смешиванием компонентов композиции, отличающийся тем, что сначала в смеситель роторно-пульсационного типа вводят и совместно диспергируют щелочной сток производства ε-капролактама, олигомеры ε-капролактама, спиртовую фракцию отходов производства ε-капролактама, фосфолипиды растительных масел и нерафинированное рапсовое масло, затем в смеситель вводят глину, содержащую монтмориллонит, и ведут процесс ее измельчения до размера частиц монтмориллонита менее 10-2 мкм, после чего в смесь вводят лигносульфонаты технические и хлористый кальций.
