комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

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

Описание изобретения к патенту

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