Зв’язуюче

Реферат: Зв'язуюче містить портландцементний клінкер, гіпс, полікарбоксилат, електроліт та вапняковий мікронаповнювач, алюмосилікатну добавку при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюмосилікатна добавка 5,0-10,0 вапняковий мікронаповнювач 5,0-10,0 гіпс 4,5-5,0 полікарбоксилат 1,5-2,0 електроліт 1,0-2,0 портландцементний клінкер решта. UA 121367 U (54) ЗВ'ЯЗУЮЧЕ UA 121367 U UA 121367 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель призначена для застосування в цементній промисловості, в промисловості будівельних матеріалів при виробництві бетонних і залізобетонних виробів, а також при монолітному будівництві для бетонування у важкодоступних місцях та спорудження густоармованих конструкцій складної конфігурації, до яких ставляться підвищені вимоги щодо ранньої та марочної міцності в різних температурних умовах із забезпеченням високої рухливості, яка задовольняє вимоги до самоущільнення, та однорідності бетонної суміші. Відоме зв'язуюче (Пат. 11208 UA Україна, С04В7/00. Зв'язуюче / Саницький М.А., Позняк О.Р., Марущак У.Д., Мазурак О.Т., Чемерис М.М. - Бюл. № 12, 15.12.2005), що включає портландцементний клінкер, гіпс, полікарбоксилат та електроліти. Але зв'язуючі таких складів при підвищеній рухливості характеризуються недостатньою водоутримувальною здатністю, що зумовлює втрату седиментаційної стійкості високопластичних сумішей, призводить до неоднорідності та розшаровування бетонної суміші на їх основі і послаблення зв'язку цементного каменю із заповнювачами та арматурою при твердненні зв'язуючих таких складів, що спричиняє формування структури бетонного моноліту з підвищеною пористістю, зниження його міцності. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є зв'язуюче (Пат. 611106 UA Україна, С04В7/00. Зв'язуюче / Саницький М.А., Позняк О.Р., Марущак У.Д., Кіракевич I.I. - Бюл. № 13, 11.07.2011), що включає портландцементний клінкер, гіпс, полікарбоксилат, електроліт та вапняковий мікронаповнювач, у наступному співвідношенні, мас. %: вапняковий мікронаповнювач 5,0-10,0 гіпс 3,5-4,0 полікарбоксилат 1,0-1,5 електроліт 1,0-2,0 портландцементний клінкер решта. Але рухливість зв'язуючих таких складів не задовольняє вимоги до самоущільнення, що вимагає додаткових енергетичних затрат на вкладання і ущільнення бетонних сумішей на їх основі, спричиняє неоднорідність заповнення густоармованих конструкцій та конструкцій складної конфігурації. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити зв'язуюче, в якому зміна якісного та кількісного його складу забезпечила б досягнення рухливості, що задовольняє вимоги до самоущільнення (діаметр розпливу цементного тіста, виміряний за допомогою циліндра Суттарда, становить понад 300 мм), підвищеної водоутримувальної здатності, седиментаційної стійкості бетонних сумішей на його основі та міцності бетонів як у початковий, так у більш пізні періоди тверднення в різних температурних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що зв'язуюче, яке містить портландцементний клінкер, гіпс, вапняковий мікронаповнювач, електроліт та полікарбоксилат, згідно з корисною моделлю, воно додатково містить алюмосилікатну добавку, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: алюмосилікатна добавка 5,0-10,0 вапняковий мікронаповнювач 5,0-10,0 гіпс 4,5-5,0 полікарбоксилат 1,5-2,0 електроліт 1,0-2,0 портландцементний клінкер решта. Зв'язуюче запропонованого складу характеризується підвищеною рухливістю, що відповідає вимогам щодо самоущільнення, та водоутримувальною здатністю. При цьому забезпечується можливість бетонування густоармованих конструкцій та конструкцій складної конфігурації без ущільнення та сегрегації, якісного вкладання у важкодоступних місцях, одержання високої якості поверхні конструкцій при відсутності порожнин, а також досягається необхідна швидкість набору ранньої та стандартної міцності в різних температурних умовах. Використання алюмосилікатної добавки, яка характеризується підвищеним ступенем дисперсності та пуцоланічними властивостями, зумовлює синергетичний вплив на властивості зв'язуючого. Введення тонкодисперсної мінеральної добавки забезпечує зростання міжфазної поверхні, за рахунок чого підвищується ефективність дії полікарбоксилатів з вивільненням іммобілізованої води, що призводить до зростання рухливості системи. Дрібнодисперсні частинки добавки забезпечують початкову щільність системи завдяки "ефекту мікронаповнювача". Взаємодія активних оксиду алюмінію Аl2О3 та кремнію SiO2 добавки з кальцію гідроксидом Са(ОН)2 в присутності двоводного гіпсу CaSO4·2H2O в неклінкерній частині зв'язуючого за рахунок топохімічних реакцій призводить до утворення вторинного дрібнокристалічного етрингіту 3CaO·Al2O3·3CaSO4·(31-33)·H2O, гідросилікатів та гідроалюмінатів 1 UA 121367 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 кальцію на початкових стадіях гідратації, що забезпечує ущільнення та приріст як ранньої, так і стандартної міцності високорухливої зв'язної системи. Вапняковий мікронаповнювач забезпечує оптимальний розподіл твердих частинок в системі, внаслідок чого вода розташовується не в пустотах, а між зернами матеріалу, відіграючи роль змазки, що створює сприятливі умови для ковзання, мінімізації внутрішнього тертя і збільшення рухливості при однаковому водоцементному відношенні. Крім цього, високодисперсний вапняковий мікронаповнювач виявляє роль жорстких стабілізаторів відносно крупних частинок, перешкоджаючи їх ближній коагуляції - стабілізаційний ефект. Основою вапнякового мікронаповнювача є кальцит (карбонат кальцію - СаСО3), що відіграє активну структуроутворюючу роль при твердненні зв'язної системи. В присутності СаСО 3 гексагональні гідроалюмінати кальцію заміщаються на більш стабільні гідрокарбоалюмінати 2С3А·СаСО3·12Н2О. Іони СО3 в структурі С3А·СаСО3·12Н2О упаковані паралельно до + портландитоподібних шарів [Ca2Al(OH)6] і стабілізують їх, запобігаючи конверсії гексагональних гідроалюмінатів кальцію в кубічні та попереджуючи зниження міцності. Внаслідок епітаксальних зрощень гексагональні АFm-фази забезпечують добре внутрішнє щеплення між складовими цементного каменю. З іншого боку, в результаті ефекту "дрібних порошків" частинки СаСО 3 розсувають зерна тверднучої системи й виступають як мікронаповнювач, що при відведенні продуктів гідратації прискорює процеси тверднення, сприяє ущільненню каменю та зростанню його міцності, в т.ч. в умовах від'ємних температур. Полікарбоксилат характеризується наявністю розгалужених бічних ланцюгів, внаслідок чого крім електростатичного реалізовується стеричний ефект пластифікування, що дозволяє одержати суміші з підвищеною рухливістю, пролонгованою в часі. Електроліт внаслідок іонообмінних реакцій забезпечує прискорення гідратації зв'язуючого в початковий період тверднення, що дозволяє отримати матеріали з високою ранньою міцністю. Крім цього, введення електроліту забезпечує зниження температури замерзання рідкої фази зв'язуючого та деформації розширення свіжозамороженої композиції, що сприяє підвищенню швидкості набору міцності на морозі. Пропоноване зв'язуюче включає портландцементний клінкер, гіпс, полікарбоксилат, електроліт, вапняковий мікронаповнювач та додатково містить алюмосилікатну добавку при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюмосилікатна добавка - 5,0-10,0, вапняковий мікронаповнювач - 5,0-10,0, гіпс - 4,5-5,0, полікарбоксилат - 1,5-2,0, електроліт - 1,0-2,0, портландцементний клінкер - решта. Для визначення оптимальних складів пропонованого зв'язуючого і проведення порівняльних випробувань приготовані та досліджені склади пропонованого та відомого зв'язуючого. Для приготування зв'язуючого використовували портландцементний клінкер ПАТ "ІваноФранківськцемент" нормованого мінералогічного складу, мас. %: C3S - 61,25, C2S - 16,93, С3А 6,25, C4AF - 12,12; гіпс Щирецького родовища з вмістом CaSO4·2H2O 98,1 мас. %, вапняковий мікронаповнювач з вмістом СаСО3 98,67 мас. %. Як електроліт застосовано відходи коксохімічної промисловості - суміш тіосульфату та роданіду натрію (співвідношення 1:1) ТУ У В-2.7-19266746.001-96. Питома поверхня алюмосилікатної добавки пуцоланічного типу 1450 2 м /кг. Рухливість цементного тіста визначали за діаметром розпливу циліндра Суттарда при водов'яжучому співвідношенні 0,3. Фізико-механічні випробування зв'язних проводили на дрібнозернистому бетоні (Ц:П=1:2, В/Ц=0,39) згідно з ДСТУ Б В.2.7-187:2009, водоутримувальну здатність визначали за ДСТУ Б В.2.7-239:2010. Приклад 1. У співвідношенні розмелюють портландцементний клінкер (82,5 мас. %) з гіпсом (5,0 мас. %), вапняковим мікронаповнювачем - ВМ (5,0 мас. %) та алюмосилікатною добавкою 2 АСД (5,0 мас. %) протягом 20 хвилин до питомої поверхні 560 м /кг. З водою замішування вводять 1,0 мас. % електроліту та 1,5 мас. % полікарбоксилату (ПК). Результати випробувань наведені в табл. 1. Приклад 2, 3, 4, 5. В'яжуче готували аналогічно прикладу 1 при інших співвідношеннях компонентів (див. табл. 1). Приклади 6, 7, 8. В'яжуче готували аналогічно прикладу 1, однак без алюмосилікатної добавки, використовуючи склад зв'язуючого за прототипом (див. табл.). 55 2 UA 121367 U Таблиця Склади зв'язуючих та результати їх випробувань № пр. Границя міцності, на Розплив Розплив Водоутримувальна стиск, МПа, через діб цементного конуса, здатність, % 20 °C -10 °С мм електроліт ПК тіста*, мм 2 7 28 7 28 Запропоноване зв'язуюче 1,00 1,50 410 275 98,6 36,5 44,6 70,7 8,1 19,7 1,50 1,75 360 270 98,8 30,8 42,2 66,9 9,2 18,9 2,00 2,00 360 250 99,1 24,7 34,8 62,4 8,8 18,2 Позаграничні склади 0,50 0,50 250 180 94,1 23,1 32,6 58,4 4,9 12,9 2,50 2,00 320 230 98,1 21,8 30,9 59,7 5,6 13,7 Прототип 1,00 1,00 250 165 96,7 21,4 32,1 57,8 5,5 16,4 1,50 1,25 260 170 97,0 25,1 34,8 61,2 5,9 17,7 2,00 1,50 270 180 98,2 23,6 33,1 60,0 6,8 18,3 Склад зв'язуючого, мас. % клінкер гіпс ВМ АСД 1 2 3 82,50 5,0 5,0 5,0 77,25 4,5 7,5 7,5 71,50 4,5 10,0 10,0 4 5 89,50 4,5 2,5 2,5 66,00 4,5 12,5 12,5 6 7 8 89,00 4,0 5,0 86,25 3,5 7,5 83,00 3,5 10,0 * - діаметр розпливу цементного тіста, виміряний за допомогою циліндра Суттарда 5 10 15 Як видно з таблиці, запропоноване зв'язуюче (приклади 1-3) характеризується підвищеною рухливістю цементного тіста (РЦ=360-410 мм), що задовольняє вимогу до самоущільнення, водоутримувальною здатністю (98,6-99,1 %), в той час, як рухливість складів за прототипом (приклад 6, 7, 8) не відповідає вимогам щодо самоущільнення, а значення водоутримувальної здатності є дещо нижчими. Рання міцність зв'язуючого, що містить запропоновані у винаході добавки, перевищує міцність зв'язуючого за прототипом на 15-50 %. Стандартна міцність запропонованого зв'язуючого в усі терміни тверднення при різних температурах є вищою на 1040 % порівняно із зв'язуючими без алюмосилікатної добавки (АСД) за прототипом (приклад 6, 7, 8). Так, використання 5,0 мас. % вапнякового мікронаповнювача та 5,0 мас. % АСД дозволяє досягнути міцності дрібнозернистого бетону через 28 діб тверднення 70,7 МПа. Введення максимальної кількості добавок у складі зв'язуючого (приклад 3) забезпечує міцність через 28 діб тверднення в нормальних умовах 62,4 МПа, що перевищує міцність складів без алюмосилікатної добавки (приклад 8) на 4 %. В умовах від'ємних температур (10 °C) стандартна міцність зразків зв'язуючого (приклад 1) становила 19,7 МПа, у той час як міцність складів за прикладом 6-16,4 МПа. Позаграничні склади (приклади 4, 5) характеризуються деяким зниженням рухливості, водоутримувальної здатності та міцності в усі терміни тверднення на 10-40 % порівняно зі складами на запропонованому зв'язуючому. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Зв'язуюче, що містить портландцементний клінкер, гіпс, полікарбоксилат, електроліт та вапняковий мікронаповнювач, яке відрізняється тим, що воно додатково містить алюмосилікатну добавку, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюмосилікатна добавка 5,0-10,0 вапняковий мікронаповнювач 5,0-10,0 гіпс 4,5-5,0 полікарбоксилат 1,5-2,0 електроліт 1,0-2,0 портландцементний клінкер решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3