КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2119900 (13) C1

(51) 6 C04B28/00, C04B28/00, C04B22:06, C04B22:08, C04B111:20 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.02.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95117631/03 
(22) Дата подачи заявки: 1995.10.16 
(45) Опубликовано: 1998.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. -М.: Стройиздат, с. 57 - 60, 152 - 153. 1989. Чеховский Ю.В. Понижение проницаемости бетона. -М.: Энергия, с. 66., 127, 128, 152, 153, 1989. 
(71) Заявитель(и): Русинов Александр Владимирович; Баев Сергей Михайлович 
(72) Автор(ы): Русинов Александр Владимирович; Баев Сергей Михайлович 
(73) Патентообладатель(и): Русинов Александр Владимирович 

(54) КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ 

Изобретение относится к области строительных материалов и предназначено для изготовления монолитных и сборных бетонных, а также железобетонных конструкций зданий и сооружений гражданского, общественного и промышленного назначения. Комплексная добавка включает 23,3 - 25,5% нитрата натрия, 26,7 - 28,0% карбоната натрия, 30,0 - 33,0% сульфата натрия, 2,5 - 3,3% хлорида кальция, 8,5 - 13,3% карбида кальция, 2,5 - 3,3% гидроксида кальция. Показатели бетона с заявляемой комплексной добавкой: прочность на сжатие в возрасте 28 сут - 58 МПа, прочность на разрыв - 7,2 МПа, водонепроницаемость 16 технических атм, морозостойкость - 350 циклов, время схватывания - 25 мин, кислотостойкость и сульфатостойкость после 36 сут испытаний - 34 МПа и 41 МПа. 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области строительных материалов и предназначено для изготовления монолитных и сборных бетонных, а также железобетонных конструкций зданий и сооружений гражданского, общественного и промышленного назначения.

Известно, что комплексные добавки, вводимые в бетонную смесь, обладают полифункциональностью действия, возможностью активно воздействовать на структуру и свойства бетона, а также снижать или практически полностью устранять нежелательные побочные действия каждой составляющей комплексной добавки.

Известны комплексные добавки, имеющие в своем составе только вещества ионогенной природы, как содержащие, так и не содержащие одинаковых ионов с вяжущим. К таким комплексным добавкам относится, например, композиция, включающая 40 - 50% алюмината натрия и 50 - 60% соды [1], введение которой в бетонную смесь позволяет получить сверхбыстрое схватывание смеси (20 - 40 мин) без заметного снижения прочности бетона.

При затворении бетонной смеси с добавкой протекают параллельные реакции между гидроксидом кальция, образующимся при гидратации алита и белита, компонентами добавки и составляющими цемента.



Связывание иона Ca+2 приводит к возрастанию скорости гидратации алита и белита, что обуславливает ускоренное твердение бетона. Добавка алюмината натрия влияет на увеличение прочности бетона в ранние сроки твердения (1 - 3 сут. ). Однако, в процессе дальнейшего твердения прочность бетона становится сравнимой с прочностью бетона без добавки [2].

Обильное выделение гелеобразных и кристаллических продуктов, заполняющих поровое пространство, снижает водопроницаемость бетона.

Однако, наряду с достоинствами рассматриваемая комплексная добавка обладает недостатками. Образование кристаллов сульфоалюмината кальция лимитируется скоростью растворения гипса, содержащегося в цементе, поэтому образующиеся в результате реакций малорастворимые кристаллы гидрата сульфоалюмината кальция и карбоната кальция формируются в процессе твердения бетонной смеси. Так как кристаллы формируются с увеличением объема, то уже в процессе твердения наблюдается образование микротрещин, что снижает прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетонного сооружения.

После отвердения цементного камня в случае дальнейшего поступления сульфатов, например из сточных вод или атмосферы, процесс образования гидрата сульфоалюмината кальция будет продолжаться в отвердевшем камне (сульфатная бацилла), что приводит к резкому уменьшению его прочности и быстрому разрушению бетонной поверхности.

Наиболее близкой по достигаемому результату является комплексная добавка для покрытия бетонных сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивных сульфатных сред [3] . В качестве добавки к цементу используют композицию в составе 35% золы-уноса и 15% раствора карбоната и хлорида натрия, ацетата алюминия и сульфата алюминия. Соотношение солей натрия и алюминия 3 : 1. Введение такой добавки приводит к повышению водонепроницаемости, сульфатостойкости и быстрому схватыванию бетона.

При затворении цемента происходят параллельные реакции между компонентами добавки и составляющими цемента.



Также, как в аналоге, вследствие связывания ионов кальция скорость гидратации алита и белита возрастает, что ведет к быстрому схватыванию бетона в течение 15 - 20 мин.

Так как компоненты, приводящие к образованию сульфоалюмината кальция, являются хорошо растворимыми соединениями, а ион сульфата в растворе имеет высокую концентрацию, имеющийся в системе алюминат практически полностью связывается в сульфоалюминат в процессе схватывания бетона. В процессе дальнейшего твердения бетонной смеси сульфоалюминат не образуется. При этом повышается сульфатостойкость бетона, уменьшается его трещиноватость, что положительно влияет на прочностные характеристики бетона.

Кроме того, за счет обильного выделения гелеобразных и кристаллических продуктов, заполняющих поровое пространство, происходит снижение водонепроницаемости бетона.

К недостаткам известной комплексной добавки следует отнести следующее. Известно, что гидрат сульфоалюмината кальция [ГСАК-3] трехсульфатной формы, игольчатые кристаллы которого составляют основу микроармирующего каркаса твердеющего бетона, обладает низкой термической и химической устойчивостью.

При изменении температуры ГСАК-3 легко теряет и приобретает гидратные молекулы воды, а также легко разлагается в присутствии карбоната и сульфата магния [4]. Это приводит к разрушению микроармирующего каркаса, что ухудшает механические и защитные свойства бетонной смеси.

В основу изобретения положена задача создания такой полифункциональной комплексной добавки для бетонной смеси, введение которой обеспечивает высокие механические и защитные свойства бетона, за счет формирования прочного армирующего каркаса из новообразований компонентов добавки и вяжущего.

Поставленная задача решается тем, что в комплексную добавку для бетонной смеси, включающую карбонат и сульфат натрия, а также хлорид- и сульфат-ионы, дополнительно введены нитрат натрия, гидроксид и карбид кальция, хлорид-ион введен в виде хлорида кальция и сульфат-ион - в виде сульфата натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитрат натрия - 23,3 - 25,5

Карбонат натрия - 26,7 - 28,0

Сульфат натрия - 30,0 - 33,0

Хлорид кальция - 2,5 - 3,3

Карбид кальция - 8,5 - 13,3

Гидроксид кальция - 2,5 - 3,3

Введение комплексной добавки при затворении, охватывании и твердении бетонной смеси приводит к ряду последовательных и параллельных обменных реакций как между компонентами добавки, так и между компонентами добавки и составляющими цемента.





Гидроксид кальция при затворении, вступая в обменные реакции с нитратами натрия и кальция (реакции 1, 2, 3) и хлоридом кальция (реакция 4), образует малорастворимые гидроксосоли в виде игольчатых кристаллов гидроксонитрата Ca(OH)NO3, гидроксохлорида Ca(OH)Cl.

Таким образом, уже на стадии схватывания бетонной смеси в ней формируется первичный армирующий структурный каркас из игольчатых кристаллов гидроксонитрата и гидроксохлорида кальция. На этой же стадии происходит кристаллизация труднорастворимых двойных солей гидратов сульфоалюмината кальция (CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O). Кристаллы имеют вид гексагональных пластинок. Их образование лимитируется скоростью растворения алюмината кальция из цементного клинкера (реакция 7) и поэтому ранее сформировавшийся каркас из гидроксосолей обрастает кристаллами гидрата сульфоалюмината кальция.

После образования менее растворимого гидрата сульфоалюмината кальция на стадии созревания происходит реакция с нитратом кальция (реакция 8). При этом образуются малорастворимые двойные соли гидрата нитроалюмината кальция (2CaO Al2O3 Ca(NO3)2 10H2O), которые кристаллизуются в виде гексагональных пластинок на первичном каркасе.

Введение карбида кальция обеспечивает медленное постепенное поступление ионов кальция в реакционную систему твердеющего бетона (реакция 6). Это способствует образованию кристаллов гидроксосолей и гидрата сульфоалюмината кальция в условиях, приближенных к равновесным. При этом в кристаллической структуре новообразований формируется минимальное количество дефектов. Выделяющийся в реакции газообразный ацетилен, заполняя поры бетона, оказывает значительное сопротивление жидкости, увеличивая водонепроницаемость бетона (эффект Жамена [5]).

Таким образом, в результате эстафетного характера реакций на стадии схватывания бетона происходит быстрое образование первичного каркаса из игольчатых кристаллов гидроксосолей кальция, обрастающего на стадии созревания и твердения бетона пластинчатыми кристаллами гидрата сульфоалюмината, гидрата нитроалюмината кальция, а также гидросиликата кальция, образующимися при гидратации силикатных фаз цемента. Полифазный конгломерат труднорастворимых новообразований микроармирует цементный камень, формирует более плотную структуру в поровом пространстве, что повышает плотность и прочность бетона. Кроме того, заявляемая комплексная добавка обеспечивает короткие сроки схватывания и высокую сульфатостойкость. Эти свойства обусловлены теми же причинами, что и в прототипе. Короткие сроки схватывания обусловлены увеличением скорости гидратации алита и белита вследствие связывания ионов Ca+. Сульфатостойкость обеспечена тем, что имеющийся в системе алюминат практически полностью связывается в сульфоалюминат в процессе схватывания бетона благодаря хорошей растворимости компонентов добавки, приводящих к образованию сульфоалюмината, а также высокой концентрации иона сульфата. В процессе твердения сульфоалюминат не образуется, что исключает трещинообразование за счет образования сульфоалюмината.

При использовании заявляемой комплексной добавки в бетонной смеси обеспечивается полифункциональность ее действия, короткие сроки схватывания, высокая прочность, непроницаемость, сульфатостойкость, морозостойкость. При этом достигаются следующие показатели бетона: прочность на сжатие в возрасте 28 сут 58 МПа, прочность на разрыв 7,2 МПа, водонепроницаемость 16 технических атм, морозостойкость 350 циклов замораживания и оттаивания, время схватывания 25 мин, кислотостойкость после 36 сут испытаний 34 МПа, сульфатостойкость после 36 сут испытаний 41 МПа.

Комплексная добавка для бетонной смеси представляет собой сухую смесь следующих компонентов, мас.%:

Нитрат натрия - 32,3 - 25,5

Карбонат натрия - 26,7 - 28,0

Сульфат натрия - 30,0 - 33,0

Хлорид кальция - 2,5 - 3,3

Карбид кальция - 8,5 - 13,3

Гидроксид кальция - 2,5 - 3,3

Каждый компонент комплексной добавки выполняет свою функцию. Количественное соотношение масс в указанных пределах обеспечивает эстафетность срабатывания одной группы компонентов с другой, а также с продуктами промежуточных реакций. Отклонение количественных соотношений вызывает ухудшение показателей бетона.

Нитрат натрия применяется как ускоритель твердения и ингибитор коррозии арматуры железобетонных конструкций. Количественное уменьшение компонента не обеспечивает стехиометрического взаимодействия, увеличение - не позволяет срабатывать всем компонентам в полном объеме.

Карбонат натрия применяется как пластификатор и уплотняющий ускоритель твердения, обеспечивающий прочность бетона. Использование его в меньшем количестве не обеспечивает удержание коллоидных фаз геля цементного камня от раннего структурообразования, а увеличение количества добавки вызывает избыточное гелеобразование и сдерживание сроков образования цементного камня.

Сульфат натрия применяется как пластификатор дисперсных продуктов реакций, обеспечивая однородность свойств и фазовое равновесие полифазного массива бетона. Уменьшение количества компонента не обеспечивает пластифицирующего влияния на бетонную смесь и получаемые структуры отличаются неоднородной плотностью. Увеличение количества добавки недопустимо сдерживает структурообразование, что в результате приводит к получению рыхлых бетонов.

Хлорид кальция применяется как сильный электролит для увеличения ионной силы раствора. Уменьшение количества компонента не обеспечит необходимых скоростей реакций, а увеличение - характеризуется активным выходом гидроксосолей к поверхности испарения, что быстро проявляется в виде высолов и белых хлопьев на угловых элементах бетонных конструкций в первую очередь, получивших название "белая смерть бетона".

Карбид кальция применяется для блокирования пор бетона выделяющимся газом и повышения его влагозащитных свойств. Использование меньшего количества не обеспечивает максимального блокирующего эффекта, большего - вызывает преждевременное высушивание и растрескивание поверхности бетона.

Гидроксид кальция используется для получения армирующего каркаса и как компонент, улучающий сохранность сухой смеси. Использование добавки гидроксида кальция в меньшем количестве приводит к увеличению сроков схватывания, а в большем количестве - к ослаблению прочностных свойств бетона. Предлагаемую добавку испытывают в составе бетонной смеси, которую готовят следующим образом. Бетонную смесь готовят из портландцемента марки "500" средней алюминатности, гравия, песка фракции 0,15 и воды при их соотношении как 1,6 : 1 : 2 : 1. Комплексная добавка составляет 2,5% от бетонной смеси.

В смесителе перемешивают цемент, гравий, песок и сухую смесь комплексной добавки в течение 40 мин, после чего, не выключая смесителя в течение 15 мин, добавляют воду. После окончательного перемешивания компонентов бетонной смеси из нее формируют образцы - кубы с гранью 100 мм для определения прочности на сжатие и морозостойкость, цилиндры высотой 30 см и диаметром 15 см для определения водонепроницаемости и водопоглощения, а также образцы гантелевидной формы длиной 50 см и диаметром 4 см для определения прочности на разрыв. Испытания на влияние сульфатной коррозии выполнялись на балках размерами 15 x 15 x 50 см. Образцы подвергают нормальному твердению в течение 7 и 28 сут. Морозостойкость определяют после 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Испытанию повергались образцы из бетонной смеси, имеющие различные составы комплексной добавки (приведены в табл. 1), не содержащие комплексной добавки и включающие комплексную добавку по прототипу.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что полученные бетонные смеси с заявляемой комплексной добавкой имеют преимущества: прочность на сжатие на 20 - 33%, морозостойкость на 75%, водонепроницаемость на 8 марок выше, чем у соответствующих значений прототипа.

Источники информации, принятые во внимание при анализе:

1. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1989, с. 152 - 153.

2. Чеховский Ю.В. Понижение проницаемости бетона.- М.: Энергия, 1968, с. 126.

3. Источник 2, с. 127 - 128.

4. Источник 1, с. 9; с. 57 - 60.

5. Источник 2, с. 66. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Комплексная добавка для бетонной смеси, включающая карбонат натрия, а также хлорид и сульфат ионы, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены нитрат натрия, гидроксид и карбид кальция, хлорид ион введен в виде хлорида кальция и сульфат ион - в виде сульфата натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитрат натрия - 23,3 - 25,5

Карбонат натрия - 26,7 - 28,0

Сульфат натрия - 30,0 - 33,0

Хлорид кальция - 2,5 - 3,3

Карбид кальция - 8,5 - 13,3

Гидроксид кальция - 2,5 - 3,3ь




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru