Комплексна добавка для бетонної суміші і бетонна суміш

1. Комплексна добавка до бетонної суміші, що містить цемент і пісок, яка містить гліцерин, яка відрізняється тим, що вона додатково містить поліакриламід при наступному співвідношенні компонентів: 50-96 мас. % гліцерину і 4-50 мас. % поліакриламіду. 2. Комплексна добавка до бетонної суміші за п. 1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить складний поліефір при наступному співвідношенні компонентів: 42-61 мас. % гліцерину, 7–12 мас. % поліакриламіду і 32-45 мас. % складного поліефіру. 3. Комплексна добавка за п. 2, яка відрізняється тим, що як складний поліефір вона містить поліетиленгліколь малеїнатфталат, полідіетиленгліколь малеїнатфталат, політриетиленгліколь малеїнат C2 2 (19) 1 3 льшення щільності та міцності бетонного каменю. Ці добавки зараз широко використовуються для приготування клейових, тиксотропних, ремонтних та інших бетонних сумішей. В той же час, для надання потрібних властивостей бетонній суміші часто доводиться вводити до її складу досить велику кількість добавок, що значно збільшує вартість суміші. Часто поліпшення певної характеристики суміші призводить до погіршення її інших властивостей. Наприклад, поліпшення адгезійних і міцнісних характеристик бетонної суміші шляхом введення в її склад полімерних дисперсій призводить до зниження міцності бетонного каменю при його зволоженні. Введення в бетонну суміш ізоціанатів поліпшує її механічні властивості, але різко знижує живучість. Вплив різних полімерів на властивості бетону найбільш широко описаний у монографії Ю.М. Баженова "Бетонополимеры", Стройиздат, 1983, 472 с. Як зміцнюючі бетон добавки добре зарекомендували себе суміші діізоціанатів з поліефірами (GB 1192864 А). Збільшення міцності бетонного каменю сьогодні зазвичай досягається зменшенням водоцементного відношення, що забезпечується використанням пластифікаторів бетонної суміші. Як пластифікатори зараз найбільш широко використовуються лігносульфонати та похідні нафталіну. Для регулювання реологічних властивостей бетонної суміші можна використовувати поліалкіленоксиди, полісахариди, ефіри целюлози, поліакрилову кислоту, поліакриламід, крохмаль і суміші цих речовин (US 2009/0197991 А1). Для регулювання властивостей бетонної суміші рекомендується використовувати похідні ненасичених гідрокарбонатів (ЕР 0930321 А1). Смола із співполімерів рекомендується як добавка для бетонних сумішей, призначених для заповнення щілин (ЕР 0968977 А). Проведені випробування різних одиничних і комплексних добавок (комбінацій різних добавок) показали, що вони не забезпечують такої зміни властивостей бетонної суміші, яка дозволила б виключити всі проблеми, що виникають, зокрема, при санації деградованих металевих і бетонних трубопроводів. Бетонна суміш, яку наносять на внутрішню поверхню труби, повинна мати порівняно високу рухливість для забезпечення можливості її механізованої подачі до місця виконання робіт (рекомендована осадка конуса бетонної суміші для перекачування її насосом повинна бути в межах 3,8-10 см), в той же час вона не повинна стікати з поверхні труби та розшаровуватися. Отверділий бетон повинен мати високу міцність і деформативність, особливо при згинаючих навантаженнях, і високу адгезію до металу і бетону. В основу винаходу поставлена задача розробити комплексну добавку до бетонної суміші, яка надає бетонній суміші високі тиксотропні властивості з одночасним збільшенням міцності формованого бетонного каменю і його адгезії до металу і бетону. Ще однією задачею винаходу є розробка бетонної суміші, що має високі тиксотропні властивості і одночасно забезпечує збільшення міцності 95744 4 формованого бетонного каменю та його адгезії до металу і бетону. Згідно з першим аспектом винаходу представлена комплексна добавка до бетонної суміші, що включає цемент і пісок і містить 50-96 мас. % гліцерину та 4-50 мас. % поліакриламіду. Краще, щоб комплексна добавка додатково містила складний поліефір при наступному співвідношенні компонентів: 42-61 мас. % гліцерину, 712 мас. % поліакриламіду і 32-45 мас. % складного поліефіру. Краще, щоб комплексна добавка як складний поліефір містила поліетиленгліколь малеїнатфталат, полідіетиленгліколь малеїнатфталат, політриетиленгліколь малеїнатфталат, поліетиленгліколь малеїнат або продукт конденсації оксипропілованого дифенілолпропану з малеїновим ангідридом, полідіетиленгліколь фумарат, полі-1,2пропіленгліколь адипінат, полідіетиленгліколь хлормалеїнат або політриетиленгліколь ізофталат. Згідно з другим аспектом винаходу представлена бетонна суміш, що включає цемент, пісок і комплексну добавку, яка містить відносно маси цементу 0,1-0,6 % гліцерину та 0,025-0,1 % поліакриламіду. Краще, щоб комплексна добавка, що входить в бетонну суміш, додатково містила складний поліефір при наступному вмісті компонентів відносно маси цементу: 0,1-0,6 % гліцерину, 0,025-0,1 % поліакриламіду і 0,01-0,5 % складного поліефіру. Використання кожного з компонентів комплексної добавки окремо або в складі інших комплексних добавок відомо. Так, відомий спосіб приготування бетонної суміші (SU 624896), згідно з яким змішують цемент, пісок, щебінь і воду затворення, в яку попередньо вводять гліцерин у кількості від 0,05 до 0,3 % від маси цементу. Добавка гліцерину викликає утворення полігліцератів кальцію, які разом з кристаликами гідросульфоалюмінатів кальцію, швидко зростаючись, формують колоїдну дисперсну оболонку навколо гідратів цементу. До недоліку гліцерину як модифікуючого агента бетонної суміші можна віднести те, що добавка гліцерину приводить до збільшення міцності бетону тільки після його пропарювання. Із зазначеного вище документа US 2009/0197991 А1 відомо використання в бетонній суміші поліакриламіду. Можна припустити, що при введенні розчину поліакриламіду в бетонну суміш полімер утворить просторову фазову сітку, що приводить до формування в суміші коагуляційної структури, що забезпечує тиксотропні властивості суміші. В той же час, у зв'язку з тим, що формування структури відбувається за рахунок слабких фізичних сил, вона легко руйнується під впливом на суміш механічних навантажень, тому в'язкість суміші при транспортуванні не підвищується. Таким чином, введення в бетонну суміш поліакриламіду перешкоджає стіканню бетонної суміші з вертикальної поверхні, але в той же час не викликає зміни осадки конуса. Одночасно в поліакриламіді відбувається часткове омилення амідних груп, утворювані карбоксильні групи реагують з гідроксидом кальцію, що 5 перебуває на поверхні цементних зерен. Така взаємодія призводить до іммобілізації реліктових цементних зерен, це утруднює їхнє об'єднання у великі глобули, що прямо пов'язане з міцністю бетонного каменю, що утвориться. Частина карбоксильних груп поліакриламіду реагує з розчиненим у воді гидроксидом кальцію, при цьому різко збільшується дифільність полімеру і, отже, збільшується його поверхнева активність. Можна припустити, що саме наявність у складі бетонної суміші такого полімеру приводить до значного збільшення її адгезійної міцності. Складний поліефір використовується в способі приготування бетонної суміші (SU 1065370) згідно з яким до складу суміші вводять клейову композицію "Спрут-9" у кількості 0,1-0,5 % від ваги цементу. Міцність бетонного каменю при цьому збільшується. Ця клейова композиція складається з ненасиченої складної поліефірної смоли, модифікатора, ініціатора та прискорювача полімеризації. При введенні в бетонну суміш полімеризації цієї композиції не відбувається. Можна припустити, що основним діючим компонентом композиції є поліефірна смола. Так, якщо при введенні в бетонну суміш поліефірної смоли відзначалося збільшення міцності формованого бетонного каменю, то додавання до смоли інших інгредієнтів, що входять до складу клейової композиції "Спрут-9" (ініціаторів і прискорювачів полімеризації, модифікаторів і ін.) призводило до зниження його міцності. Механізм впливу складних ефірів на механічні властивості бетону видається наступним. Склад №№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 95744 6 ноефірні групи в олігомерах при контакті з поверхнею скла, бетону і деяких інших лужних матеріалів гідролізуються і відбувається хемосорбція продуктів гідролізу на поверхні твердого тіла, при цьому ці процеси протікають з дуже високою швидкістю. (R.A.Veselovsky, V.N.Kestelman. Adhesion of Polymers, McGraw Hill, New-York, 400p; Adamson A.W. Physical Chemistry of Surfaces, third edition (John Willey and Sons, New York), p. 134.). При введенні в бетонну суміш обмеженої кількості складноефірного олігомеру відбудеться його хемосорбція на поверхні цементних зерен. Кількість олігомеру, який вводять, повинна бути такою, щоб він заповнив тільки частину поверхні зерна, вона при цьому набуває мозаїчної структури, що складається з поперемінних гідрофільно-гідрофобних ділянок. В цьому випадку агрегація цементних зерен буде викликати не утворення великих глобул, порівняно слабко зв'язаних один з одним, а фібрил, структура бетонного каменю при цьому буде являти собою систему взаємопрониклих фібрилярних сіток. Були проведені випробування бетонних зразків, виготовлених з бетонної суміші з використанням кожного з компонентів комплексної добавки окремо і всіх можливих їхніх комбінацій. Для випробування виготовили бетонні зразки - балочки 4×4×16 см. Для приготування зразків використовували портландцемент марки 400 і пісок у співвідношенні 1:3. Кількість кожного компонента добавки в розрахунку на масу цементу зазначена в таблиці. Склад добавки Міцність Кількість Кількість попри згині гліцерину, Тип поліефіру ліефіру, % % 5,4 0,07 5,4 0,2 5,5 0,5 5,5 0,6 5,3 0,025 5,4 0,1 5,7 0,125 5,4 Полідіетиленгліколь мале0,1 6,3 їнатфталат Полідіетиленгліколь мале0,5 6,9 їнатфталат Полідіетиленгліколь мале0,7 5,5 їнатфталат Політриетиленгліколь ізо0,01 5,3 фталат Політриетиленгліколь ізо0,02 5,4 фталат Політриетиленгліколь ізо0,05 5,4 фталат Політриетиленгліколь ізо0,1 6,1 фталат Політриетиленгліколь ізо0,5 7,0 фталат Політриетиленгліколь ізо0,7 5,4 фталат Адгезійна Адгезійна міцність, міцність, Бетон-сталь Бетон-бетон 0,9 0,9 0,9 1,0 0,8 0,9 1,0 0,9 0,3 0,3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,4 1,9 2,1 2,1 2,1 1,3 1,4 0,9 0,3 0,9 0,3 1,2 0,4 1,6 1,9 2,1 2,2 1,4 1,5 7 95744 8 Продовження таблиці 18 0,2 0,5 19 0,1 0,3 20 21 22 23 24 25 26 27 0,05 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,6 0,025 0,025 0,02 0,025 0,1 0,175 0,1 0,01 28 0,2 0,1 0,3 29 0,2 0,1 0,5 30 0,2 0,1 0,3 31 0,2 0,1 0,3 32 0,2 0,1 0,3 33 0,2 0,1 0,3 34 0,2 0,1 0,3 35 0,2 0,1 0,3 36 0,2 0,1 0,01 37 0,2 0,1 0,02 38 0,2 0,1 0,05 39 0,2 0,1 0,1 40 0,2 0,1 0,3 41 0,2 0,1 0,3 42 0,2 0,1 0,3 Полідіетиленгліколь малеїнатфталат Політриетиленгліколь малеїнат Полідіетиленгліколь малеїнатфталат Полідіетиленгліколь малеїнатфталат Поліетиленгліколь малеїнатфталат Політриетиленгліколь малеїнат Продукт поліконденсації оксипропілованого дифенілолпропану з малеїновим ангідридом Полідіетиленгліколь фумарат Полі 1, 2-пропіленгліколь адипінат Полідіетиленгліколь хлормалеїнат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат Політриетиленгліколь ізофталат У прикладі 1 представлені показники бетонної суміші без добавок, далі в таблиці представлені показники бетонної суміші з використанням: тільки гліцерину - у прикладах 2-5, тільки поліакриламіду (ПАА) - у прикладах 6-8, тільки складного поліефіру - у прикладах 9-17, гліцерину і складного поліефіру - у прикладі 18, поліакриламіду і складного поліефіру - у прикладі 19. В інших прикладах представлене використання комплексної добавки відповідно до винаходу, причому у прикладах 2027 представлена двокомпонентна добавка, а у прикладах 28-42 - трикомпонентна добавка. Комплексну добавку відповідно до винаходу виготовляли або простим перемішуванням її компонентів, узятих в зазначених в таблиці кількостях в розрахунку на кількість цементу, або перемішу 6,8 2,0 2,2 6,3 3,0 3,2 5,3 6,1 5,5 6,2 7,2 5,6 6,7 5,4 1,2 1,3 1,3 1,4 2,1 2,0 2,0 1,2 0,4 0,8 0,6 0,9 2,0 2,1 2,3 1,0 9,2 3,2 2,4 7,9 3,1 2,6 7,7 3,2 2,3 6,2 2,9 3,0 8,9 3,1 3,3 6,9 3,1 2,8 7,4 3,0 2,5 7,6 3,0 2,7 7,5 2,5 2,1 7,7 2,5 2,1 7,8 2,8 2,7 8,0 3,0 2,7 8,1 3,1 2,9 8,0 3,2 2,9 8,1 3,1 2,9 ванням тих самих компонентів, але з введенням поліакриламіду у вигляді 2,5 % розчину у воді. Бетонну суміш готували двома способами. У першому способі спочатку змішували цемент марки 400 і пісок, взяті в співвідношенні 1:3, а потім отриману суміш перемішували з комплексною добавкою. Перед виготовленням бетонних зразківбалочек отриману суміш затворяли водою (водоцементне відношення становило 0,65) і перемішували. Фахівцеві ясно, що співвідношення цементу і піску, марка цементу і водоцементне відношення можуть бути іншими. У другому способі виготовлення бетонної суміші спочатку змішували взяті в тому самому співвідношенні цемент і пісок, перемішували необхідну кількість води з комплексною добавкою і потім 9 здійснювали перемішування суміші цементу і піску із сумішшю води і комплексної добавки. Бетонна суміш, отримана з використанням комплексної добавки відповідно до винаходу, мала осадку конуса в межах 4,5-5,5 см. Тверднення бетону здійснювали при 20 °C. Випробування зразків проводили через 28 діб після їхнього приготування. Для проведення адгезійних випробувань на поверхню бетонної або металевої пластини наносили шар бетонної суміші товщиною 10 мм і закривали його поліетиленовою плівкою. Через 28 діб до шару отверділого бетону приклеювали металевий грибок, отверділий бетон, що виходить за периметри грибка, видаляли і на адгезіометрі визначали зусилля відриву. Випробування зразків на згин проводили на гідравлічному пресі УММ-20. Результати випробувань представлені в таблиці. Як видно з таблиці, міцність бетону (при згині) без добавок становить 5,4 МПа (приклад 1), одна добавка дає максимальне значення міцності бетону 7,0 МПа (приклад 16), якщо цією добавкою є складний поліефір. У цьому випадку приріст міцності бетону становить 1,6 МПа. Двокомпонетні добавки, не охоплювані винаходом (приклади 18, Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95744 10 19), дають гірші результати. При використанні двокомпонентної добавки гліцерин-поліакриламід відповідно до винаходу досягається міцність бетону 7,2 МПа (приклад 28), тобто приріст міцності становить 1,8 МПа. При використанні трикомпонентної добавки гліцерин-поліакриламід-складний поліефір досягається міцність бетону 9,2 МПа (приклад 28), тобто приріст міцності становить 3,8 МПа. Як можна бачити, спостерігається чітко виражений синергізм - приріст міцності перевищує суму приростів, реалізовану при введенні кожного компонента окремо або в комбінаціях, не охоплюваних винаходом. Крім того, як зазначено в згаданому документі SU 624896, до недоліку гліцерину як модифікуючого агента бетонної суміші можна віднести те, що добавка гліцерину приводить до збільшення міцності бетону тільки після його пропарювання. Використання гліцерину разом з поліакриламідом відповідно до винаходу не вимагає пропарювання бетону для збільшення його міцності. Слід також зазначити, що навіть дуже малий вміст у комплексній добавці складного поліефіру веде до збільшення міцності бетонного каменю. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601