Модифицированный портландцемент. Свойства и применение. Модификатор цемента


комплексный модификатор к цементному бетону - патент РФ 2360877

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.см 2/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.%:

указанный карбонатный шлам 99,5
поликарбоксилатный эфир0,5

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·Al2О 3·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 0,2 2,5 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
ЦементЩебень Песок ВодаКомплексный модификатор
1300 1150550 165- 0
2 300 1150550 12545 15
3 300 1150550 13560 20
4 300 1150550 15575 25
Таблица 2
Физико-механические свойства бетонов
№ составаПлотность бетона, кг/см3 Прочность на сжатие, МПа Морозостойкость, кол-во циклов Коэффициент размягчения Кол-во свободногоСа(ОН)2
12250 21,0150 0,872,5
2 215030,0 2500,94 2,55
3 2120 31,0250 0,92отсутствует
4 210025,0 2000,9 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.%:

указанный карбонатный шлам 99,5
поликарбоксилатный эфир0,5
при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента.

www.freepatent.ru

Модифицированный портландцемент. Свойства и применение

Аннотация: в статье рассматриваются свойства модифицированного портландцемента и области его применения. Отличительными особенностями модифицированного портландцемента являются высокая прочность, быстрое твердение при обычных температурных условиях и при тепло-влажностной обработке, высокая морозостойкость, водонепроницаемость, что позволяет использовать его как для омоноличивания сборных железобетонных изделий, так и для изготовления самих изделий при строительстве различных объектов.

Вопрос монолитности сооружений из сборных железобетонных конструкций приобретает огромное значение особенно при строительстве подземных сооружений, находящихся под давлением воды и грунтовых вод, где наряду с прочностью требуется высокая водонепроницаемость.

 Опыт омоноличивания сборных конструкций растворами и бетонами на основе обычного портландцемента показывает, что при этом не достигается необходимая монолитность вследствие усадки цементного камня в процессе схватывания и твердения. В местах соединения с бетонными поверхностями нарушается сцепление из-за трещин, образующихся вследствие усадки. Вода, проникающая в эти трещины, вызывает дальнейшее разрушение омоноличивающего материала, что приводит к нарушению монолитности всего сооружения.  Вопрос о выборе устойчивого материала для заделки швов в конструкциях из сборного железобетона, а также изготовление самих водонепроницаемых железобетонных изделий является весьма актуальным. Огромный рост гидротехнического строительства, возведения подземных сооружений выдвигает проблему создания несложных по технологии изготовления и доступных по стоимости высокопрочных водонепроницаемых, быстротвердеющих и стойких в различных температурно-влажностных условиях растворов и бетонов. Решение этой проблемы возможно путем использования модифицированного портландцемента.  Модифицирование — это изменение физико-химической структуры и свойств материала путем введения в его состав различных оксидов или добавления определенных веществ.  На основе современных представлений о механизме схватывания и твердения портландцемента и о явлениях его усадки и расширения был разработан способ компенсированной усадки путем создания модифицированного портландцемента

 Усадочные деформации при твердении цементного камня. Физико-химические процессы схватывания и твердения обычных цементов сопровождаются суммарной усадкой, выражающейся в уменьшении внешнего объема твердеющего цемента на протяжении длительного периода.   Усадочные трещины в сооружениях приводят к коррозии арматуры предварительно напряженных конструкций, подвергающихся атмосферным воздействиям. Наиболее заметно это проявляется в покрытиях дорог и аэродромов. Компенсация усадочных явлений. Усадка цементного камня, твердевшего на воздухе в течение 5 лет, достигает 3 мм на 1 м. Для бетонов этот показатель составляет 0,4 мм/м в зависимости от вида и свойств заполнителя. Так, усадка бетона, содержащего мелкозернистый песок и пористый заполнитель, больше в сравнении с усадкой бетона, изготовленного на основе гравия и щебня. При этом чем выше модуль упругости крупного заполнителя, тем меньше усадочные деформации бетона.

Железобетон в сравнении с обычным бетоном имеет в 2 раза меньшую усадку. Но в целом усадка железобетонных конструкций полностью не заканчивается даже через 15 лет. При этом отмечено уменьшение предварительного напряжения у бетонов, твердеющих на воздухе, на 38–45% от исходной величины.

Напряжения, вызываемые усадкой, приводят к снижению трещиностойкости и долговечности железобетонных конструкций. Научные основы получения модифицированного цемента, обеспечивающего компенсацию усадки. На протяжении многих лет исследования ученых были направлены на поиск ответа, как же избежать усадки цементного камня, как обес-печить расширение цементного камня при твердении, которое бы компенсировало усадку, какие силы обусловливают это явление, поскольку обычный портландцемент при твердении подвержен усадочным явлениям.

В идеале было бы желательно достичь расширения, равного усадке в любой заданный момент твердения цементного камня. Многочисленные исследования в этой области знаний свидетельствуют о сложности физико-химического процесса и необходимости очень точно регулировать процесс образования эттрингита в цементно-водной системе и обеспечить его долговечность, поскольку фазовые переходы этого соединения могут не дать желаемого результата. В зависимости от условий, определяющих кинетику образования гидросульфоалюмината кальция в период гидратации цемента, структура может упрочняться, расширяться и компенсировать усадку цементного камня. В результате многочисленных лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний был разработан модифицированный портландцемент, который, в отличие от обычного цемента, обеспечивает улучшение строительно-технических свойств растворов и бетонов.

Свойства модифицированного цемента

Сроки схватывания. Схватывание цемента практически находится в тех же пределах, что и обычного портландцемента. Иногда в зависимости от применяемого расширяющегося компонента, наблюдается ускорение начала схватывания цементного теста. Для замедления схватывания используют борную кислоту, лигносульфонаты модифицированные технические (ЛСТМ).Прочность цементного камня характеризуется быстрым нарастанием в первые сутки твердения, которое затем в течение 3–7 суток несколько замедляется, что связано с интенсивным расширением структуры в этот период. При более длительном периоде твердения (3 месяца и более) по кинетике нарастания прочности безусадочный цемент опережает портландцемент.Расширение цементного камня при твердении в водных условиях интенсивно развивается в первые сутки, а затем стабилизируется. Твердение цементного камня на воздухе сопровождается усадкой, но в целом расширение цементного камня сохраняется на уровне +0,1%.Водопроницаемость. Цементные растворы и бетоны водонепроницаемы. За счет самоуплотнения в период твердения через 3–7 суток изделия из бетона выдерживают гидравлическое давление 20 атм.Морозостойкость. Цементный камень из безусадочных цементов без ограниченияих расширения выдерживает 150 циклов, а при механическом ограничении цементного камня (твердение цемента происходит в металлических формах) морозостойкость увеличивается в 2 раза и достигает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Сохранность свойств. При длительном хранении безусадочных цементов (как и портландцемента) наблюдается частичная гидратация и карбонизация продуктов гидратации под воздействием углекислоты и паров влаги воздуха. При этом прочность цементного камня не снижается. Масло- и нефтестойкость. Высокие водо- и газонепроницаемость цементного камня из модифицированного цемента, обусловленная его высокой плотностью, обеспечивает его стойкость к воздействию масло- и нефтепродуктов, что позволяет рекомендовать их для строительства хранилищ масло- и нефтепродуктов.Коррозионная стойкость цементов высока благодаря формированию плотного цементного камня при твердении. Коэффициент стойкости образцов, хранившихся в различных агрессивных средах, через 12 месяцев близок к единице, что свидетельствует о высокой стойкости цементного камня против воздействия агрессивных сред.Цементный камень на основе модифицированного цемента обладает достаточно высокой стойкостью в хлоридной и хлоридно-магнезиальной среде. Это позволяет использовать его при гидроизоляции различных объектов. Добавление к цементам различных полимеров обеспечивает антикоррозийную защиту бетонных сооружений, находящихся под воздействием сильно агрессивных хлоридно-магнезиальных сред. Испытания образцов из безусадочных полимерцементных растворов в промышленных объектах показывают отсутствие сбросов прочности в течение пяти лет. В то же время образцы из цементно-песчаного раствора на портландцементе без расширяющихся добавок к трем годам хранения в агрессивных средах уменьшили предел прочности при сжатии на 17% по сравнению с образцами в возрасте одного года.

Применение модифицированного цемента

Гидроизоляция и антикоррозийная защита железобетонных конструкций. К объектам химической промышленности, очистным и подземным сооружениям предъявляются повышенные требования по антикоррозионной стойкости, плотности и непроницаемости с целью обеспечения их долговечности и исключения утечки хранимых материалов или, напротив, попадания грунтовых и технологических вод в заглубленные помещения. Опыт эксплуатации таких объектов свидетельствует, однако, о недолговечности традиционных гидроизоляционных покрытий, что ведет к росту расходов на ремонт, сокращению сроков службы, а в ряде случаев, например в ПО «Белорускалий» (г. Солигорск), к преждевременному разрушению бетонных и железобетонных конструкций.Опыт создания гидроизоляционных покрытий для защиты бетонных и железобетонных сооружений от воздействия на них агрессивных сред и обеспечения их водонепроницаемости выявил, что для этих целей успешно может быть применен модифицированный портландцемент. Всего с применением разработанного цемента было выполнено более 20 тыс. кв. м покрытий по железобетонным перекрытиям в главном корпусе обогатительной фабрики третьего рудоуправления производственного объединения «Белорускалий» и более 3 тыс. кв. м покрытий по железобетонным конструкциям при строительстве сгустителей.С 1979 г. на «Волковысскцементошифере» был организован промышленный выпуск цемента, который с добавкой полимеров применялся для гидроизоляционных покрытий. Полимерцементная гидроизоляция на основе модифицированного цемента особенно оправдала себя при строительстве сгустителей на ПО «Белорускалий», заменив собой дорогостоящую нержавеющую сталь с малоэффективной защитой. Общая площадь сгустителей с полимерцементной гидроизоляцией составляет 10000 кв. м. Антикоррозионная полимерцементная защита на основе модифицированного цемента успешно применена в банях и прачечных взамен защиты, предусматривающей устройство проволочного каркаса, цементной выравнивающей стяжки, трехслойной обмазки асфальтовой мастикой, штукатурки по сетке и оклейки стеклотканью.Антикоррозионная защита была выполнена полимерцементными составами, наносимыми торкретированием слоем 20 мм. Исследования показали, что срок службы полимерцементной изоляции по сравнению с традиционной многослойной изоляцией повышается в четыре раза. Модифицированный цемент используют при возведении очистных сооружений из сборных элементов без гидроизоляции. Водонепроницаемость отстойников обес-печивалась за счет омоноличивания стыков бетоном.Из бетона на модифицированном цементе возводятся насосные станции подачи очищенных стоков с заглублением ниже поверхности земли на 7,5 м, т. е. ниже уровня грунтовых вод.Из бетона на модифицированном цементе изготавливают кровельные плиты для создания безрулонной кровли при строительстве жилых зданий. Антикоррозийная защита на основе указанного цемента успешно применяется при ремонте очистных сооружений, жилых зданий, спортивных сооружений, при возведении спортивных сооружений (для покрытия трибун, ледовых катков, беговых дорожек и плавательных бассейнов). Успешно цементы применяются при ремонте жилых зданий.Применение безусадочных цементов в метростроении. Обеспечение водонепроницаемых тоннелей метро является одной из важнейших и трудно решаемых задач в метростроении. Цементно-песчаными растворами на основе модифицированного цемента осуществляется чеканка швов между тюбингами. Сложность проведения работ заключается в том, что чеканка производится при наличии постоянного притока воды через стыки и отверстия чеканки.В этих условиях необходимо остановить приток воды за 5–7 мин., что обеспечивается быстросхватывающимся модифицированным цементом. Проведены промышленные испытания по замене чугунной обделки на монолитно-прессованную обделку тоннеля из бетона на основе модифицированного цемента. Марка бетона для монолитно прессованной обделки по прочности при сжатии составляла М400, а по водонепроницаемости — В-12 и выше.

Разработанный цемент применялся при ремонте аэродромных покрытий (г. Минск, Беларусь), при строительстве водоводов (г. Детройт, США), опор мостов (США). Производство модифицированного портландцемента организуется на базе ОАО «ПМЦЗ» и на предприятиях ОАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»

 

ОАО «Пашийский металлургическо-цементный завод»618824 Пермский край, Горнозаводский р-н, пос. Пашия, ул. Свободы, 43Тел./факс (34269) 39-719, приемная;тел.: (34269) 39-355, 39-217, 39-743, сбытwww.speccement.ru, Е-mail: [email protected]

Обособленное подразделение ОАО «ПМЦЗ»109316 Москва, Волгоградский пр-т, 2Тел./факс (495) 221-1724

Обособленное подразделение ОАО «ПМЦЗ»620014 Екатеринбург, ул. Хомякова, 9аТел./факс (343) 353-5352

fsr-stroy.ru

Комплексный модификатор цементов для монолитных бетонов

 

Изобретение относится к строительным материалам, более точно к производству комплексных добавок для регулирования свойств цементно-песчаных, бетонных смесей и бетонов, и может быть использовано для производства монолитных бетонов. Техническим результатом изобретения является улучшение реологических характеристик на всех этапах твердения цементно-песчаных и бетонных смесей, а также улучшение физико-механических свойств цементно-песчаных образцов. Поставленная цель достигается тем, что комплексный модификатор цементов содержит, % от веса цемента: отход нефтехимического производства - алкиларилсульфонат натрия - 0,5, карбонатный шлам, тонкодисперсный минеральный порошок, осадок в процессе реагентной обработки промышленных сточных вод и водоподготовки на предприятиях химии и энергетики - 5,0. 1 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, более точно к производству комплексных добавок для регулирования свойств цементно-песчаных, бетонных смесей и бетонов, и может быть использовано для производства монолитных бетонов.

Цель изобретения - повышение долговечности бетона.

Ближайшим из аналогов данного изобретения является комплексный модификатор бетона и, соответственно цемента, содержащий алкиларилсульфонат натрия (сульфонол), который является отходом нефтехимического производства (см. патент РФ 2149847, опубл. 27.06.2000, 4 с.).

Недостатком данного модификатора считается исключительно узкая направленность применения, т.е. использование только для производства легких бетонов, с целью повышения коэффициента конструктивного качества, что не позволяет решать проблем регулирования и управления реологическими свойствами цементных паст.

Использование ниже предложенного комплексного модификатора выводит на новый, более совершенный уровень процессы твердения цемента в бетонных композициях, т.к. первоначально процессы гидратации (растворение, коллоидация, кристаллизация) и твердения цемента с комплексным модификатором были изучены на химико-молекулярном уровне и это позволило регулировать и управлять реологическими свойствами цементных паст, что открывает большие перспективы прогнозирования свойств цементных и бетонных композиций, а также свойств самих бетонов.

Поставленная цель достигается тем, что комплексный модификатор цемента, содержащий алкиларилсульфонат натрия, который является отходом нефтехимического производства, дополнительно содержит карбонатный шлам - тонкодисперсный минеральный порошок, осадок процесса реагентной обработки промышленных сточных вод и водоподготовки на предприятиях химии и энергетики при следующем соотношении, % от веса цемента: Указанный алкиларилсульфонат натрия - 0,5 Указанный карбонатный шлам - 5,0 ААСД - Алкиларилсульфонатная добавка производится на основе отходов нефтехимического производства. Она получена сульфированием тяжелой смолы с установки пиролиза этилена отработанной серной кислотой.

Карбонатный шлам представляет собой тонкодисперсный минеральный порошок, который образуется как осадок в процессе реагентной обработки промышленных сточных вод и водоподготовки на предприятиях химии и энергетики (ТЭС). Карбонатный шлам состоит (в пересчете на сухое вещество) в основном из карбонатов кальция и магния (45...60%), аморфных гидроксидов алюминия и железа (10...15%), кальция и магния (10...15%), гипса и Na2CO3 - остальное.

Состав комплексного модификатора: ААСД - 0,5% от массы цемента; карбонатный шлам - 5% от массы цемента.

Изготовление модификатора производится перемешиванием компонентов в сухом виде. Введение в цементно-песчаную или бетонную смесь производится вместе с водой затворения.

Комплексный модификатор синтезирует свойства этих двух добавок и является регулятором структурно-реологических свойств цемента на всех этапах гидратации. Отчетливо просматривается роль химической добавки и шлама как фактора увеличения времени формирования структуры на начальном этапе твердения (4. . . 5 ч). Химическая составляющая не оказывает влияния на пластическую прочность цемента в отличие от шлама и комплексного модификатора. Наибольший интервал структурообразования при максимальном значении прочности отмечается от совместного действия карбонатного шлама и ААСД.

Статистическая оценка однородности показателя пластической прочности на стадии гидратации также находится в прямой зависимости от вида добавки (комплексный модификатор позволяет снизить разброс значений пластической прочности до минимального значения в 7...10%, в то время как у цемента без модификатора этот коэффициент достигает максимального значения в 30%, а у цемента с химической добавкой составил 17%. Составы цементно-песчаных образцов приведены в таблице.

Анализируя опытные данные, можно утверждать, что цемент, содержащий комплексный модификатор, имеет большой резерв прочности. Это явление - следствие более плотной упаковки зерен цемента при склеивающем эффекте шлама.

Действие комплексного модификатора в цементе позволяет снизить водоцементное отношение на 15...20%, что приводит к ускорению процесса нарастания пластической прочности.

В результате повышения его трещиностойкости, а также водостойкости формируется структура цементного камня с минимальным количеством открытых и сообщающихся пор.

Комплексный модификатор цементов, содержащий алкиларилсульфонат натрия, который является отходом нефтехимического производства, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбонатный шлам, представляющий собой тонкодисперсный минеральный порошок, осадок в процессе реагентной обработки промышленных сточных вод и водоподготовки на предприятиях химии и энергетики при следующем соотношении, % от веса цемента: Указанный алкиларилсульфонат натрия - 0,5 Указанный карбонатный шлам - 5,0

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Комплексные модификаторы для бетонов

Рассматривается проблема применения комплексных добавок для наполненных многокомпонентных бетонов.

Монолитное домостроение в России является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений строительной индустрии. Высокие требования качества и надежности, предъявляемые к современным зданиям и сооружениям из монолитного бетона, требуют применения не только высокоэффективных технологий строительства, но, в первую очередь, технологичных бетонных смесей, высококачественных и надежных бетонов.

Бетон является уникальным строительным материалом, удачно сочетающим в себе высокие эксплуатационные и экологические свойства при достаточно невысокой стоимости и технологические возможности, позволяющие возводить строительные конструкции, здания и сооружения практически любых пространственных форм.

Вместе с тем, интенсивное развитие высотного домостроения требует применения цементных материалов нового поколения, обладающих не только высоким уровнем физико-механических и технологических свойств, но и гарантированной долговечностью, позволяющей эксплуатировать здания и сооружения в течение столетий.

Современный бетон — это многокомпонентный модифицированный цементный материал, обладающий заданным набором эксплуатационных свойств. Поэтому проблема модифицирования бетона является сегодня одной из приоритетных проблем строительного материаловедения.

В монолитном домостроении модификация бетонов развивается в основном по следующим направлениям:

1. Обеспечение высоких технологических свойств бетонных смесей.

2. Регулирование процессов схватывания и твердения.

3. Получение бетонов с заданными параметрами физико-механических свойств и долговечности.

4. Обеспечение возможности производства работ в зимнее время.

В современном бетоноведении номенклатура модификаторов различных классов достаточно велика и многообразна. Разработана классификация добавок не только по функциональному признаку (ГОСТ 24211-03), но и по механизмам действия на процессы гидратации и твердения цементных материалов. Следует отметить, что в технологии современных многокомпонентных бетонов стирается грань между понятием “модификатор” и “компонент”. Например, ультрадисперсные микрокремнеземы и некоторые минеральные добавки в большей степени могут быть отнесены к компонентам бетонов сложного состава, чем к минеральным модификаторам.

В настоящее время в технологии монолитного бетона наиболее широко применяются модификаторы пластифицирующего, стабилизирующего и структурирующего действия, регуляторы схватывания и кинетики твердения, добавки, повышающие прочность и долговечность бетона, а также многочисленные комплексные модификаторы полифункционального действия.

Особое значение в широкой гамме комплексных добавок занимают пластификаторы, супер- и гиперпластификаторы. Новым перспективным направлением получения высококачественных бетонов является применение модификаторов пластифицирующе-стабилизирующего действия на основе поликарбоксилатов, достоинством которых является возможность модифицирования основной цепи и боковых участков макромолекул с изменением молекулярной массы соединения в широких пределах.

Важным аспектом получения комплексных модификаторов является анализ механизмов как индивидуального влияния компонентов добавок, так и всего комплекса в целом на процессы гидратации и твердения цементных материалов.

Цемент является чрезвычайно сложной гидратационной системой, на процессы гидратации и твердения в которой оказывают влияние химические добавки, вводимые даже в незначительных количествах. Известно, что добавки органического происхождения в большинстве своем не изменяют состава продуктов гидратации цементных минералов и влияют в основном на скорость кристаллизационных и конденсационных процессов и структуру гидратов, в то время как неорганические модификаторы могут повлиять на изменение фазового состава продуктов гидратации цементного камня. Минеральные добавки в зависимости от их состава и химической активности изменяют скорость гидролиза и гидратации вяжущего, связывая образующуюся известь в гидратные фазы, повышающие прочность твердеющей системы.

Задача получения высокоэффективных комплексных модификаторов заключается в рациональном использовании особенностей влияния отдельных компонентов добавок на гидратацию цементных систем с целью достижения высоких многофункциональных эффектов.

В данное время б?льшая часть бетона, используемого в монолитном строительстве, выпускается с применением пластификаторов и суперпластификаторов, позволяющих получать высокотехнологичные литые бетонные смеси и укладывать бетон в конструкции с минимальными энергетическими затратами. Однако, как известно из теории и практики применения пластифицирующих добавок, в большинстве случаев они замедляют процессы гидратации и твердения, что является негативным фактором при возведении зданий из монолитного бетона. Проблема может быть решена не только использованием эффективных ускорителей твердения, но и применением цементов и минеральных добавок заданного химико-минералогического состава. Известно, например, что алюминатные фазы портландцемента в начальный период гидратации связывают не только большое количество воды, но и интенсивно адсорбируют пластифицирующие добавки. В связи с этим применение пластификаторов в бетонных смесях на высокоалюминатных цементах будет менее эффективным, чем на средне- и малоалюминатных. Характер разжижающего действия пластификаторов зависит также от вида и количества минеральных добавок, вводимых в цементы и бетоны. Высокоактивные минеральные добавки, связывающие выделяющуюся при гидратации известь в гидратные фазы, значительно снижают эффективность пластификаторов, в отличие от малоактивных и инертных минеральных добавок.

Перспективным направлением в технологии монолитного домостроения является применение бетонных смесей, в состав которых наряду с пластифицирующими и ускоряющими добавками входят малоактивные минеральные добавки высокой дисперсности (каменная мука) в количестве до 50 % от массы цемента. Основной целью применения каменной муки в составе модифицированных бетонов является повышение реологической активности пластификаторов и суперпластификаторов и повышение плотности и прочности бетона вследствие снижения водосодержания смесей. При использовании рядовых портландцементов ПЦ 400, тонкодисперсных минеральных наполнителей, суперпластификаторов и активаторов твердения возможно повышение прочности бетона в 1,5–1,7 раза по сравнению с бетонами без каменной муки.

Вследствие более высокой плотности и прочности бетонов с тонкодисперсными микронаполнителями значительно повышаются эксплуатационные характеристики цементных материалов: непроницаемость, коррозионная стойкость, морозостойкость и др. Для повышения прочности бетонов высоких классов по прочности целесообразно использовать каменную муку прочных пород. При использовании каменной муки менее плотных пород и минеральных отходов производства, таких, как карбонатные и другие виды шламов, могут быть значительно улучшены технологические характеристики бетонных смесей и прочностные свойства бетонов средних классов по прочности.

Таким образом, на первом этапе проектирования модифицированных бетонов необходима оптимизация составов по параметрам пластичности, потере подвижности, кинетики твердения и прочности.

Более сложной задачей является исследование динамики развития кристаллизационных процессов и формирования макроструктуры модифицированных бетонов. Например, весьма сложно оценить гидравлическую активность минеральных добавок, полученных на основе горных пород полиминерального состава, которая оказывает значительное влияние на эффективность действия пластификаторов и суперпластификаторов. Кроме того, в цементных системах, наполненных минеральными добавками до 50 % от массы цемента, наряду с гидравлической активностью добавок могут проявляться эффекты активации образования и эпитаксиального наращивания гидратов на кристаллической основе минералов частиц микронаполнителей. Подобные случаи активации образования гидратов AFm- и AFt-фаз характерны, например, для цементных систем, наполненных тонкодисперсным кальцитом. В этом случае при анализе процессов структурообразования необходимо учитывать не только дисперсность минеральных частиц с целью формирования оптимальной топологической структуры композита, но и параметры кристаллических ячеек компонентов минеральных добавок, поскольку этим обусловлена возможность образования контактов срастания между микрочастицами наполнителя и гидратными фазами цементного камня.

Немаловажным фактором при проектировании и назначении дозировок комплексных добавок является исследование влияния индивидуальных компонентов и модификаторов в целом на свойства бетонной смеси и бетона. Известно, что для снижения замедляющего влияния пластифицирующих добавок в составе комплексных смесей используются добавки, повышающие скорость твердения и прочность бетона. Одной из эффективных добавок является сульфат натрия (СН), широко применяемый в составе комплексных ускоряюще-пластифицирующих добавок. Однако для более полного представления о механизме действия добавки СН и целесообразности ее применения в составе комплексных смесей необходимы детальные исследования не только общего характера влияния ускорителя на кинетику твердения и прочность бетона, но и на состав продуктов гидратации и микроструктуру цементного камня.

Исследования, выполненные более чем на 20 видах цемента, показали, что оптимальной дозировкой индивидуальной добавки сульфата натрия является 1–2 % от массы цемента. В этом случае для большинства цементов достигается стабильный прирост прочности 15–20 % по сравнению с бездобавочными составами. В отдельных случаях повышение прочности бетона составляет до 40 %. Рентгенофазовые исследования продуктов гидратации основного минерала цементного клинкера — трехкальциевого силиката, гидратированного с добавкой СН, показали, что в присутствии сульфата натрия происходит активация образования гидратной извести и тоберморитовых фаз.

Таким образом, эффективность добавки СН в многокомпонентных бетонах будет значительно повышаться в присутствии тонкодисперсных минеральных добавок, содержащих силикатные составляющие вследствие связывания гидратной извести в гидросиликатные фазы.

Однако количество активных минеральных добавок в составе бетона должно тщательно контролироваться. Установлено, что при дозировке добавки СН в количестве 2 % от массы цемента активация твердения происходит в большей степени, чем при меньшем ее содержании. Однако в этом случае отмечается определенная нестабильность характера повышения прочности по сравнению с составами с меньшим количеством ускорителя. Подобное явление может быть объяснено активацией процессов образования твердых растворов CSH(I) и CSH(II), а также AFm- и AFt-фаз, которые при повышенном содержании добавки распадаются с выделением метастабильных фаз. Это отражается на кинетике твердении и прочности структуры. В этом случае система находится в неустойчивом, неравновесном и химически активном состоянии. В присутствии ускоряющих добавок, в том числе и СН, происходит образование промежуточных неустойчивых структур, которые активируют (но, возможно, и тормозят) стадии превращения гидратов. Так, избыточное количество извести в цементной системе с добавкой СН приводит не только к активации образования гидросиликатов кальция, но и к стабилизации состояния эттрингита. При повышенном содержании добавок система находится в более неустойчивом состоянии, что в конечном итоге сказывается различным характером изменения прочности при равных условиях твердения.

Таким образом, состав комплексных добавок для наполненных многокомпонентных бетонов должен проектироваться не только по показателям технологических свойств бетонных смесей, но и по показателям основных физико-механических свойств цементной матрицы и бетона, которые во многом определяются фазовым составом продуктов гидратации, кинетикой перекристаллизации гидратов AFm- и AFt-фаз в присутствии компонентов добавок, параметрами структурной топологии, возможностью образования контактов срастания и многими другими факторами.

Подобный подход к проектированию состава бетона позволит исключить возможные факторы негативного влияния индивидуальных и комплексных добавок на свойства бетонов и получать высокопрочные и качественные материалы гарантированной долговечности.

www.allbeton.ru

Добавки в бетон: виды, применение и производители

Бетон — строительная смесь, обеспечивающая долговечность, надежность, стойкость готовой конструкции к воздействиям любой природы. Растущие требования к стройматериалам стали причиной возникновения необходимости улучшать их свойства. Специальные добавки для бетона улучшают характеристики раствора и товарного бетона, ускоряют темпы строительства, сокращают расходы материалов и энергоресурсов. Вопрос, какие существуют категории добавок, подробно раскрыт ниже.

Для чего применяются?

Применение химических добавок — простой, доступный и эффективный способ улучшения качества бетонных растворов. Их применение сегодня важно, как и основных компонентов. Добавки для бетона предназначены для:

  • достижения высоких эксплуатационных качеств цементного камня;
  • ускорения или замедления твердения;
  • улучшения водонепроницаемости;
  • повышения стойкости к температурным перепадам и морозам;
  • исключения необходимости дозированной подачи раствора;
  • получения бетона с заданными характеристиками.

Их количества для той или иной смеси подбираются в экспериментальных условиях по технологии скайтрейд.

Виды добавок для бетона

Существует два типа добавок к бетону: жидкие, порошковые. Преимущественно они влияют на конкретные свойства свежего раствора — удобоукладываемость, начало затвердевания. Добавки в бетон нужно вносить либо в воду затворения, либо в готовую смесь.

Существует отдельный вид специфичных присадок — воздухововлекающие, пенообразующие. Например, добавка в бетон кальматрон д. Этот тип модификаторов отличается комплексным действием. Его добавляют для улучшения нескольких параметров одновременно. Добавка для бетона существенно снижает затраты, позволяет избежать несовместимости нескольких отдельных присадок.

Ускорители и замедлители твердения также важны. Популярны присадки для бетона этой категории такие, как хлорид кальция, сульфат натрия, нитраты кальция и натрия. К многокомпонентным составам относятся: нитрит-нитрат кальция, нитрит-нитрат-хлорид кальция. Ниже представлена видовая классификация добавок.

Модификаторы

Комплексный протеиновый модификатор «Биотех».

Модифицирующие соединения — категория веществ, улучшающая прочность, долговечность, стойкость к низким температурам. Они снижают проницаемость бетона. Работать с модифицированным продуктом удобнее, так как улучшается ее подвижность. Раствор ложится равномерно, заполняя все щели и углубления.

Модификаторы классифицируются по назначению получаемого бетона. Например, существуют добавки в бетон, предназначенные для сооружения колодцев, бассейнов. Другой тип присадок применяется при строительстве фасадов или формировании стяжки полов. Такой регулятор, улучшающий эксплуатационные качества строительной массы, снижает ее влагопроницаемость.

Пластификаторы

Эта группа наиболее востребованная. Существует четыре категории пластификаторов:

  1. Сильные.
  2. Слабые.
  3. Средние.
  4. Новейшие суперпластификаторы.

В добавках последней категории включены вещества для комплексного решения поставленных задач, повышающие несколько характеристик цементной массы. В зависимости от схемы воздействия на бетоны и химии процесса, пластификаторы бывают:

  1. Увеличивающие подвижность при неизменном количестве воды.
  2. Сокращающие расход цемента до 10% без изменения подвижности.
  3. Увеличивающие прочность при постоянной подвижности.

Добавкам свойственны такие преимущества, как:

  • экономия расходного материала;
  • улучшение подвижности песко-цемента;
  • рост надежности на 20-25%;
  • производство удобоукладываемой массы;
  • возможность заливки тонкостенных или густоармированных конструкций;
  • уплотнение цементного состава;
  • улучшение морозостойкости и трещиноустойчивости;
  • экономия энергоресурсов благодаря сокращению времени получения цементной массы.

Недостаток пластификаторов — ускорение скорости твердения. Поэтому рекомендуется дополнительная химия для бетона, ускоряющая этот процесс. Полученные бетоны широко применяются в сооружениях, где нужны идеально ровные полы и стены.

Антиморозная

Добавки для бетонов и строительных растворов необходимы для снижения точки замерзания воды, которая включена в их состав. Химия, повышающая антиморозные характеристики этих продуктов, облегчает процесс кладки раствора, ускоряет процесс набора бетоном крепости в холодное время года. Эти показатели позволяют экономить расходные материалы, продлевать срок службы готового изделия. Цементы получают морозостойкие свойства. Нитрит натрия — наиболее популярное присадочное вещество. Предлагаются и другие воздухововлекающие компоненты.

Регуляторы подвижности

Эти специфичные присадки, добавляемые с целью сохранить пластичность раствора в неблагоприятных условиях, активно применяются жарким летом. Бетонные регуляторы также пригодны при транспортировках строительного раствора длительное время. Регуляторы улучшают удобство растворов при кладке стяжки пола.

Добавки в бетон для набора прочности

Одним из видов присадок комплексного действия являются ускорители набора крепости или бетонные упрочнители. Они наделены качествами как суперпластификаторов, так и ускорителей твердения. В их состав включены органические и неорганические соединения без щелочей. Ускорители имеют широкую область использования в строительстве, промышленности, дорожной и транспортной сфере при получении товарного продукта или области, где нужны торкрет бетоны.

Химические присадки

Существует несколько целевых категорий хим добавок, примешиваемых в раствор для бетонирования. Классификация производится по оказываемому ими эффекту.

  1. Бетонные модификаторы подвижности и пластичности смеси.
  2. Вещества для снижения влагоиспарения из раствора.
  3. Гидроизоляционные присадки.
  4. Бетонные стабилизаторы процесса расслаивания песко-цементной массы.
  5. Отвердители.
  6. Замедлители схватываемости.
  7. Противоморозные присадки.
  8. Пенно- и газообразователи.
  9. Защитные соединения.
  10. Воздухововлекающие соединения.
  11. Бетонные присадки, улучшающие стойкость к коррозии, воздействию живой органики (плесени, грибков).
  12. Гидрофобизаторы.

Хим вещества могут влиять на несколько свойств, но проявляться будет только одно. Принцип действия присадок подобен действию ПАВ и могут образовывать материал с пространственной структурой. К этой категории относятся присадки на основе нитрит соединений. Такая химия очень опасна, поэтому работать с ней нужно осторожно, руководствуясь инструкциями скайтрейд.

Антикоррозийные

Модифицирующая продукция придает стойкости бетону при воздействии пресной воды-фильтра, агрессивной жидкости, вызывающем коррозию материала. Эти добавки к бетону решают несколько задач:

  • предотвращают растворение составляющих готового камня;
  • препятствуют вымыванию продуктов реакции бетона и воды;
  • защищают поверхность от кристаллических труднорастворимых образований, приводящих к разрушению камня.

Во время действия антикоррозийных хим веществ осуществляется полное или частичное связывание свободной гидроокиси кальция в бетоне. Добавку примешивают с целью повышения плотности и влагонепроницаемости камня, уменьшения объема пор в его структуре. За счет этого цементы наделяются гидрофобностью.

NitCaL — специально разработанный нитрат для ускорения набора крепости, трещиностойкости, производства качественного монолита и ЖБИ, предотвращения коррозийных процессов арматуры в бетонах.

Присадки для самоуплотняющихся смесей

Специфичный тип присадок применяется при заливке тонкостенных конструкций. К этой категории можно отнести некоторые новые суперпластификаторы, улучшающие подвижность строительной массы и надежность, плотность с водонепроницаемостью готового продукта. Бетонные регуляторы позволяют уменьшить расход цемента без потери качества получаемой конструкции. Химические модификаторы этого типа подымают сортность смеси и скорость набора крепости на начальной стадии твердения.

Комплексные присадки для тонкостенных и густоармированных изделий значительно упрощают процесс выбора необходимых компонентов и определения их совмещаемости. Стабилизирующие суперпластификаторы призваны решить несколько задач путем добавления только одного вещества. Их цель — получение максимального эффекта от взаимодействия с компонентами смеси.

Примеры производителей

На отечественном рынке представлен широкий выбор продуктов российских торговых марок, таких как «Полипласт», Суперпласт, «Технотест», МетаПро, Coral, Мастер. Химия от зарубежных производителей не наделена требуемой способностью к повышению прочности бетона, используемого в отечественной строительной индустрии. Производство концерна BASF позволяет получить продукты, интересные для отечественного рынка.

Вывод

Широкий ассортимент модифицирующей химии позволяет выбрать тот продукт, который будет максимально соответствовать требованиям каждого конкретного случая, повысить эффективность песко-цементного состава, продлить эксплуатацию готового изделия. Однако при работе с цементными добавками важно в точности соблюдать рекомендации и инструкции по используемым пропорциям, указанным специалистами скайтрейд. Желаемый эффект не будет достигнут, если допустить диспропорцию или нарушить последовательность приготовления.

В любом случае количество всех добавок, используемых для одного объема, не должно превышать 1,5—3% массы цемента. Несмотря на свой положительный эффект, применение модификаторов не исключает важности соблюдения точной технологии приготовления, смешения до однородности, кладки и выдержки строительной массы.

kladembeton.ru


Смотрите также