Комплексная добавка для бетонных смесей

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белоус Наталия Хасеньевна Кошевар Василий Дмитриевич Родцевич София Павловна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(57) Комплексная добавка для бетонных смесей, содержащая поликарбоксилатный суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стиролбутадиеновый сополимер и мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.поликарбоксилатный суперпластификатор 10,0-16,1 стиролбутадиеновый сополимер 2-3 мочевина 13-18 вода 68,2-69,4. Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам комплексных добавок для бетонных смесей. Изобретение может использоваться в монолитном строительстве, а также при производстве сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Известны новые виды поликарбоксилатных суперпластификаторов для бетонов,представляющие собой производные полиоксикарбоновых кислот и обладающие высокой пластифицирующей способностью 1, 2. Их введение дает возможность сокращать водоцементное отношение в бетонных смесях и повышать прочность бетонов. Однако недостатком смесей, содержащих данные добавки, является их быстрая потеря подвижности. Известно также использование в бетонных смесях комплексных добавок, содержащих поликарбоксилатный суперпластификатор и замедлители потери подвижности, в качестве которых применяли соли лимонной и винной кислот - тартраты или цитраты щелочных металлов 3. Однако данные добавки совместимы не со всеми видами портландцементов 13536 1 2010.08.30 и, соответственно, проявляют низкую эффективность во многих портландцементных системах (показатель сохранения времени удобоукладываемости - 1,5). Известна композиция для бетонов и способ получения композиции, содержащей поликарбоксилатный суперпластификатор на основе акрилового сополимера с полиэтиленгликолем и микрокремнезем 4. Бетонные смеси, в которые введена данная добавка,характеризуются высокой текучестью, а полученные бетоны - повышенной прочностью при сжатии на всех стадиях твердения. Однако недостатками таких составов являются быстрая потеря удобоукладываемости смесей, низкая морозостойкость и высокое водопоглощение бетонов. Известна комплексная добавка для бетонов, которая содержит сополимеры моно- или дикарбоновых кислот или их солей и производных полиалкиленгликоля 5. Бетонные смеси, содержащие комплексную добавку, характеризуются высокой текучестью, низким воздухововлечением, однако добавка не оказывает замедляющего действия на потерю подвижности бетонных смесей, а полученные бетоны имеют низкую морозостойкость. Известно использование в бетонных смесях комплексной пластифицирующей добавки, содержащей непредельную жирную кислоту, ее натриевую соль или сложный эфир с триэтаноламином и модифицированный третичный амин, который вводится для повышения удобоукладываемости и подвижности бетонов 6. Введение добавки в количестве 0,50,8 от массы цемента приводит к повышению удобоукладываемости смесей, увеличению морозостойкости бетонов и снижению их водопоглощения. Недостатками данной добавки являются невысокая сохраняемость смесей (показатель сохранения времени удобоукладываемости - 2-2,5) и неудовлетворительная конечная (28-суточная) прочность бетонов (50-55 МПа). Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются составы комплексных жидких поликарбоксилатных суперпластифицирующих добавок -2000 (Чехия) и 5-800 (Словакия). Добавки в количестве 0,5-1(содержание сухой добавки от массы цемента) вводятся в бетонные смеси и строительные растворы с целью снижения содержания воды, увеличения удобоукладываемости и прочности бетонов 7 (прототип). Недостатками данных видов добавок являются невысокий показатель сохранения времени удобоукладываемости строительных смесей (1-1,5 ч), низкая морозостойкость ( 250) и значительное водопоглощение бетонов (5,5-5,8 ). Задача, решаемая данным изобретением, заключается в увеличении показателя времени сохранения удобоукладываемости смесей, уменьшении водопоглощения, в повышении морозостойкости и росте прочности при сжатии бетонов на всех стадиях твердения. Поставленная задача осуществляется следующим образом. Комплексная добавка для бетонных смесей, содержащая поликарбоксилатный суперпластификатор и воду, отличается тем, что дополнительно содержит стиролбутадиеновый сополимер и мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.поликарбоксилатный суперпластификатор 10,0-16,1 стиролбутадиеновый сополимер 2-3 мочевина 13-18 вода 68,2-69,4. Комплексная добавка не только снижает водопоглощение бетонов, повышает их морозостойкость, обеспечивает высокую прочность на ранних стадиях твердения (1-3 сут) и в 28-суточном возрасте, но и увеличивает показатель времени сохранения удобоукладываемости смесей. Наибольший эффект достигается при введении в бетонные смеси комплексной добавки в количестве 0,6-0,9(в расчете на сухое вещество) от массы цемента. Изменение выбранных дозировок компонентов в добавке (как их снижение, так и чрезмерное увеличение) приводит к ухудшению технологических свойств бетонных смесей и бетонов. Морозостойкость и водопоглощение бетонов обеспечиваются присутстви 2 13536 1 2010.08.30 ем в комплексной добавке стиролбутадиеновых сополимеров в виде водных дисперсий. Данный компонент кольматирует поры бетона, уплотняет его структуру и улучшает прочностные свойства на поздних стадиях твердения. Введение в состав комплексной добавки мочевины дополнительно пластифицирует бетонные смеси и способствует оптимальной скорости набора прочности на ранних стадиях твердения бетонов. Показатель времени сохранения удобоукладываемости бетонных смесей обеспечивается присутствием как одной, так и другой составляющей комплексной добавки при выбранных интервалах их содержаний. При значительном увеличении дозировки дисперсии на основе стиролбутадиенового сополимера и снижении содержания мочевины в комплексной добавке уменьшаются удобоукладываемость бетонных смесей и ранняя прочность бетонов, при уменьшении содержания дисперсии и увеличении количества мочевины уменьшается показатель времени сохранения удобоукладываемости бетонных смесей, а на поверхности бетонов образуются высолы. Комплексную добавку получали путем смешивания исходных компонентов в мешалке, при этом обеспечивались высокая дисперсность, однородность и стабильность формирующихся комплексных добавок. Полученные добавки не расслаиваются и удобны для введения в бетонную смесь при ее приготовлении. В экспериментах был использован портландцемент с нормируемым минералогическим составом - М 500 ДО-Н, произведенный в Республике Беларусь (ОАО Красносельскстройматериалы, г. Красносельск) по ГОСТ 10178-85. Для получения бетонных смесей использовали следующие компоненты песок П 2 (карьер Крапужино Логойского района) фракции 0,16-3 мм гранитный щебень (РУППГранит) с фракциями 5-20 мм поликарбоксилатные суперпластификаторы -2000 (Чехия) (30 водный раствор) и 5-800 (Словакия) (40 водный раствор) мочевина (чда) - реактив по ГОСТ 2081 стиролбутадиеновые сополимеры в виде водных дисперсий с концентрацией основного вещества 5055-21,58-13 (фирма , Германия) вода водопроводная по ГОСТ 2874-73. Перед получением бетонных смесей песок и щебень высушивали до постоянного веса и отсеивали, используя вышеуказанные фракции заполнителей. Составляющие бетонной смеси взвешивали, при этом погрешность дозирования составляла не более 1 по массе. В работе использовали бетонные смеси подвижности П 5 с массовым соотношением цементпесокщебень - 11,862,3, расход цемента в бетонных смесях составлял 420 кг/м 3. Комплексную добавку вводили в бетонные смеси в количестве 0,6-0,9 от массы цемента в расчете на сухое вещество, ее добавляли в бетономешалку при затворении водой бетонных смесей и перемешивали непрерывно полученные системы в течение 10 мин. Удобоукладываемость свежеприготовленных бетонных смесей контролировали по осадке стандартного конуса (ГОСТ 10181-2000) и затем через каждые 30 мин, после предварительного перемешивания в течение 1 минуты испытуемой порции смесей, определяли изменение осадки конуса во времени. Показатель времени сохранения удобоукладываемости рассчитывали по формуле Пвдоб / контр, где Пв - показатель времени сохранения удобоукладываемости, доб - время потери удобоукладываемости смеси, содержащей заявляемую комплексную добавку, контр - время потери удобоукладываемости составов, содержащих только поликарбоксилатные суперпластификаторы -2000 и 5-800. Из бетонных смесей формовали образцы кубов 777 см, которые затем отверждали в нормально-влажностных условиях (температура 20-22 С и относительная влажность 8090 ) и испытывали по целевым показателям (были определены прочность, водопоглощение, морозостойкость). 3 13536 1 2010.08.30 Прочность при сжатии определяли по ГОСТ 10180 на образцах бетонов, твердеющих в течение 1, 3 и 28 суток. Водопоглощение бетонов после 28 суток хранения в нормально-влажностных условиях было определено по ГОСТ 12730.0 и ГОСТ 12730.3. Расчет величин водопоглощения по массе (в процентах) производили по формуле В( - в) 100/с, где с - масса сухого образца, в - масса насыщенного водой образца бетона. По ГОСТ 10060.0 и ГОСТ 10060.2 (испытания по второму методу) была определена марка бетонов по морозостойкости. Для этого образцы выдерживали в 5 -ном водном растворе хлорида натрия при температуре 18-20 С, после чего их помещали в морозильную камеру на воздухе при температуре -18-20 С, марка по морозостойкости была определена по количеству циклов замораживание-оттаивание, после которых прочность при сжатии (испытания по ГОСТ 10180) образцов бетонов снижается, по сравнению с контрольными, не более чем на 5 . Экспериментальные данные обрабатывали в соответствии с нормативной документацией на методы испытаний, за результаты принимали среднее арифметическое 6-10 параллельных испытаний. Пример Для приготовления комплексной добавки смешивали в мешалке 35 г 30 -ного водного раствора суперпластификатора -2000, 6 г 50 -ной водной дисперсии на основе стиролбутадиенового сополимера 55-21 и 18 г мочевины, к вышеуказанным компонентам добавляли 41 г воды, перемешивали полученную массу до полной гомогенизации. Для получения бетонной смеси к 160 г портландцемента марки М 500 ДО-Н добавляли 297,6 г песка и 368 г щебня. Мелкий и крупный заполнитель высушивали до постоянного веса и отсеивали на ситах, выбирая фракции песка 0,16-3 мм, щебня - 5-20 мм, затем портландцемент перемешивали с заполнителями в течение 5 мин в бетономешалке. С учетом воды, содержащейся в комплексной добавке, при получении бетонной смеси с водоцементным отношением 0,4 к сухим компонентам добавляли 61,9 г водопроводной воды, в которой содержалось 3,04 г приготовленной комплексной добавки, перемешивали полученную бетонную смесь в течение 10 мин. После перемешивания бетонных смесей определяли их удобоукладываемость, время ее сохранения, затем рассчитывали показатель времени сохранения удобоукладываемости(таблица). После этого бетонную смесь укладывали в формы - кубики 777 см, которые отверждали в нормально-влажностных условиях при температуре 20-22 С и относительной влажности воздуха 80-90 , через 1, 3 и 28 суток определяли прочность при сжатии полученных бетонов, а через 28 сут твердения бетонов - их морозостойкость и водопоглощение. Результаты этих испытаний приведены в таблице. Остальные примеры были выполнены аналогично вышеуказанному, составы комплексной добавки, а также ее содержание в бетонных смесях также приведены в таблице. Составы комплексной добавки, ее содержание в бетонных смесях и свойства полученных бетонов Компоненты добавки, мас.Заявляемые составы Содержание добавки МочеВода в бевина тоне,Показатель сохранения времени удобоукладываемости 13536 1 2010.08.30 Как следует из приведенных данных, введение комплексной добавки позволяет увеличить время сохранения удобоукладываемости бетонных смесей по сравнению с прототипом в 2,5-3 раза, приводит к снижению водопоглощения, в сравнении с прототипом, в 1,31,8 раза и повышению морозостойкости полученных бетонов. Прочностные свойства как на ранней стадии твердения (1-3 сут), так и в 28-суточном возрасте у заявляемого состава превышают прочности бетонов, полученных по прототипу. Прочности при сжатии бетонов, содержащих заявляемую добавку, в возрасте 28 суток в 1,5-1,7 раза выше, чем прочность при сжатии контрольных составов, их водопоглощение в 1,6-2 раза ниже, чем водопоглощение контрольных составов, а морозостойкость значительно превышает морозостойкость контрольных образцов. Таким образом, данный вид комплексной добавки улучшает многие технологические свойства бетонных смесей и бетонов, что дает возможность использовать ее в технологии производства строительных материалов в монолитном строительстве и при создании бетонных, сборных железобетонных изделий и конструкций. Длительный период сохранения удобоукладываемости бетонных смесей, содержащих комплексную добавку, позволит снять проблему, которая особенно актуальна в летний период времени - транспортировку бетонных смесей на удаленные строительные объекты. Источники информации 1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - М. Технопроект,1998. - С. 138. 2. Добавки в бетон Справ. пособие / Рамачадран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др. под ред. Рамачадрана. - М. Стройиздат, 1988. - С. 307-308, 383-384. 3. Василик П.Г., Голубев И.В. Поликарбоксилатные системы в самовыравнивающихся составах // Строительные материалы. - 2006. -3. - С. 12-14. 4. Патент 1286929 1 ЕПВ..,,,04 22/06,04 24/26,04 28/02, опубл. 05.03.2003. 5. Патент 6762220 США..,,,04 24/26,04 24/32,04 28/ 02, опубл. 13.07.2004. 6. Белоус Н.Х., Кошевар В.Д., Креер Т.Е. Комплексные пластифицирующие добавки для цементных растворов // ЖПХ. - 2007. - Т.80, в.11. - С. 1779-1783. 7. Юдович М.Е., Пономарев А.Н., Великорусов П.В., Емелин С.В. Регулирование свойств пластичности и прочности бетонов // Строительные материалы. - 2007. -1. С. 56-57 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.