Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам комплексных добавок для бетонных смесей и способам их приготовления, и может найти применение при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

Известен способ приготовления модифицированной фибробетонной смеси и модифицированная фибробетонная смесь (RU 2397069 C1, опуб. 20.08.2010), которая используется для дорожного и аэродромного строительства, при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.

Данная смесь включает портландцемент М500, фибру «Миксарм» стальную, заполнитель, пластифицирующую добавку «Полипласт СП-3», многослойные углеродные нанотрубки (УНТ) при следующем соотношении компонентов, кг/м³ смеси: портландцемент 320-330, заполнитель 1900-1920, стальная фибра 70-80, суперпластификатор 1,6-1,72, многослойные УНТ 0,010-0,015, вода затворения 130-145.

Способ ее приготовления заключается в том, что происходит перемешивание в смесителе портландцемента, фибры стальной, заполнителя, пластифицирующей добавки и воды затворения, предварительно проводят диспергацию портландцемента и суперпластификатора в линейно-индукционном вращателе, полученную сухую смесь совместно с водой затворения и многослойными углеродными нанотрубками обрабатывают в ультразвуковом диспергаторе.

Недостатком данного изобретения является невысокая прочность получаемого бетона, а также низкая эффективность процесса приготовления смеси.

Известна бетонная смесь (RU 2355656 C2, опуб. 20.11.2008), включающая цемент М500, наполнитель, воду и базальтовое волокно, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001-0,005 мас.ч. на одну мас.ч. базальтового волокна, причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно бетонная смесь содержит пластификатор - полинафталинметиленсульфонат натрия при следующем соотношении компонентов (% мас.): цемент 24-48, наполнитель 30-60, модифицированное базальтовое волокно 2-6, пластификатор 0,9-1,1, вода - остальное.

Однако использование в данном изобретении пластификатора на основе полинафталинметиленсульфоната натрия не позволяет получить бетон с высокой марочной прочностью и долговечностью.

Прототипом является наномодификатор строительных материалов (RU 2482082 C2, опуб. 20.02.2013), содержащий углеродный наноструктурированный материал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в качестве пластификатора смесь содержит поливинилпирролидон, в качестве наполнителя - полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 и дополнительно содержит гидрокарбонат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: УНМ «Таунит» 0,1-8, поливинил-пирролидон 0,1-8, гидрокарбонат натрия 5,5-11,5, лимонная кислота 5,5-11,5, полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 - остальное.

Использование данной комплексной добавки позволяет повысить прочность строительных материалов. Недостатком данного изобретения является невысокая подвижность бетонной смеси, невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения, а также невысокая долговечность получаемого бетона.

Известен способ приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающийся в ультразвуковой диспергации углеродных нанотрубок «Таунит» в растворе пластификатора С-3 и спиртовой суспензии (Габидуллин М.Г., Хузин А.Ф., Рахимов Р.З. Ультразвуковая обработка - эффективный метод диспергирования углеродных нанотрубок в объеме строительного композита // Строительные материалы. 2013. №3. С. 57-59).

Использование этой смеси позволяет повысить прочность бетона. Недостатком является невысокая прочность бетона в ранние сроки твердения.

Задача настоящего изобретения - резкое повышение темпа роста прочности бетонов в ранние сроки твердения, обеспечение высокой марочной прочности, повышение морозостойкости и водонепроницаемости, а также однородное распределение УНМ в его структуре.

Технический результат - высокие прочностные характеристики бетона в ранние сроки твердения, высокая марочная прочность.

Результат достигается тем, что в комплексной добавке для бетонной смеси, содержащей пластификатор и углеродный наноструктурированный материал «Таунит» согласно изобретению, содержит в качестве пластификатора - гиперпластификатор «Гиперлит», при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Гперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7

Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5.

Результат достигается тем, что в способе приготовления комплексной добавки для бетонной смеси, заключающемся в ультразвуковой диспергации углеродного наноструктурированного материала «Таунит» в пластификаторе, согласно изобретения углеродный наноструктурированный материал подвергают ультразвуковой диспергации в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22. Ультразвуковая диспергация характеризуется следующими параметрами: частота 20,35-23,65 кГц, мощность 100 Вт, длина волны 0,127·10⁵-0,147·10⁵ м.

Для данной комплексной добавки использовался углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - коаксиальные многослойные углеродные нанотрубки с наружным диаметром 8-15 нм и длинной более 2 мкм. Число слоев одной трубки 6-10.

Гиперпластификатор «Гиперлит» - сополимер на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот, представляет собой светло-коричневую жидкость, водный раствор с содержанием сухого вещества 30-35%.

Комплексная добавка приготавливалась с помощью ультразвуковой диспергации. Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» подвергался ультразвуковой диспергации в гиперпластификаторе «Гиперлит» в течение 3-7 минут с помощью ультразвукового генератора УЗГ13-0,1/22 при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Гиперпластификатор «Гиперлит» - 99,5-99,7

Углеродный наноструктурированный материал «Таунит» - 0,3-0,5.

Далее добавка вводилась в бетонную смесь в виде водного раствора рабочей концентрации с водой затворения в количестве 1-1,5% от массы цемента в пересчете на сухое вещество.

Для приготовления бетонной смеси производственного состава использовали цемент М400 ПЦ Д20 Вольского завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85, песок Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 8735-88 и щебень Камско-Устьинского месторождения, удовлетворяющий требованиям ГОСТов для бетонов, при следующем соотношении (масс.ч.):

Цемент:щебень:песок = 1:1,31:2,53

Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности (класса П2) по ГОСТ 7473-94. Водоцементное отношение состава без добавки составило - 0.43, с комплексной добавкой - 0.32, с добавкой по прототипу - 0,36.

Из бетонных смесей изготавливались образцы - кубы с размерами 10×10×10. Через 1, 3, 7, 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 18105-86, морозостойкость - по ГОСТ 10060.0-95, а водонепроницаемость - по ГОСТ 12730.5-84.

Составы комплексной добавки и результаты механических испытаний бетона приведены в таблице. Были также проведены испытания бетонной смеси и бетона с добавкой по аналогу и без добавки.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что бетон с использованием комплексной добавки в первые сутки имеет прочность на сжатие выше на 87-131%, на 3 сутки - 50-58%, на 7 сутки - 49-55%, и на 28 сутки - 39-45% по сравнению с прототипом. В возрасте 28 суток морозостойкость увеличивается на 100 циклов, а водонепроницаемость - на одну ступень.

Полученные результаты позволяют утверждать, что комплексная добавка повышает темп набора прочности бетонов в ранние сроки твердения и позволяет достигнуть высокой конечной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.