КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННЫХ И РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ

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 SiO 2 - 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.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 м 2/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 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


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