ВОДОРАСТВОРИМЫЙ БЕСЩЕЛОЧНОЙ УСКОРИТЕЛЬ СХВАТЫВАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам ускорителей схватывания, используемых в производстве торкрет-бетона мокрым способом.

К добавкам, которые используются либо в мокром, либо в сухом торкрет-процессе, предъявляются следующие требования:

- быстрое схватывание: начало и конец схватывания;

- повышенная способность к образованию максимальной толщины слоя;

- увеличение скорости развития прочности;

- достижение максимальной прочности при заданных условиях.

Широкое применение при торкретировании получили щелочи и другие химические вещества с сильноосновными свойствами, например жидкое стекло. Щелочной характер активного ингредиента делает такие добавки чрезвычайно едкими, что требует соблюдения мер предосторожности в обращении с ними. Кроме того, такие добавки способны инициировать процессы щелочной коррозии бетона, что отрицательно сказывается на долговечности возведенных элементов и сооружений.

Также известны добавки для торкретирования на основе хлорида кальция. Однако такие добавки не способны обеспечить весь комплекс характеристик, необходимых для торкрет-бетонов, и, кроме того, хлориды проявляют высокую коррозионную активность по отношению к арматуре, что требует дополнительного введения ингибиторов коррозии [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является жидкий ускоритель схватывания, содержащий соединения серы, алюминия, щелочных металлов и комплексообразующего агента [2].

Данная добавка не содержит щелочей и не вызывает коррозии арматуры в бетоне. Однако стабильные при хранении составы характеризуются весьма низкими значениями pH (согласно описанию, предпочтительный диапазон 1,5-3), что может приводить к коррозии оборудования. Поскольку при изготовлении этого ускорителя согласно патенту используют труднорастворимые соединения: фторид алюминия или криолит (3NaF·AlF₃), добавка представляет собой не истинный раствор, а суспензию с размером частиц не более 5 мкм; однако для получения устойчивой при хранении суспензии требуется длительный помол компонентов в шаровой мельнице. Для достижения эффекта быстрого схватывания дозировка добавки должна составлять 5-15% от массы цемента, что заметно сказывается на В/Ц-отношении и, следовательно, прочности торкрет-бетона, а также приводит к удорожанию конечного материала.

Технической задачей изобретения является разработка не содержащего галогенидов водорастворимого бесщелочного ускорителя схватывания, характеризующегося ускоренным набором прочности в ранние сроки и концентрацией не менее 45%.

Техническим результатом, полученным при использовании предлагаемого бесщелочного ускорителя схватывания, является получение торкрет-бетона с максимально быстрым набором прочности при заданных условиях (расход и активность цемента, величина В/Ц).

Указанный технический результат достигается тем, что бесщелочной водорастворимый ускоритель схватывания, содержащий сульфаты, соединения алюминия, комплексообразователь и воду, согласно изобретению в качестве соединений алюминия содержит стабилизированный органическим буферообразующим компонентом на основе кислоты с константой ионизации pK_a=2÷4 основной сульфат алюминия и в качестве комплексообразователя - многоатомные спирты НОСН₂(CHOH)_nCH₂OH, где n=0÷4, пентаэритрит, замещенные спирты RCH₂CH₂OH, где R содержит элемент со свободной неподеленной парой электронов или смесь нескольких указанных продуктов, способных образовывать пяти- и шестичленные хелаты, при дополнительном введении водорастворимых сульфатов двухвалентных металлов. Ускоритель схватывания включает вышеуказанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Основной сульфат алюминия могут получать взаимодействием среднего сульфата алюминия и раствора алюмината в присутствии комплексообразователя и органического буферообразующего компонента.

В качестве водорастворимых сульфатов двухвалентных металлов ускоритель схватывания может содержать сульфаты железа, кобальта, хрома, марганца, магния, бериллия или смесь нескольких указанных продуктов.

Дозировка предлагаемого ускорителя схватывания в торкрет-бетонах составляет 1-5% от массы цемента.

Способ получения водорастворимого бесщелочного ускорителя схватывания, включающий последовательное смешение указанных компонентов в заданном соотношении, соответственно, осуществляют посредством предварительного смешения алюмината натрия с комплексообразователем, затем вводят органический буферообразующий компонент, после чего в полученной системе растворяют средний сульфат алюминия и далее к стабилизированному раствору основного сульфата алюминия добавляют сульфат двухвалентного металла.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Введение в состав бетонной смеси высококонцентрированного раствора основного сульфата алюминия приводит к мгновенному образованию в системе значительного количества алюмосиликатов кальция, что обеспечивает чрезвычайно быстрый набор прочности цементного камня и надежное сцепление заполнителя с растворной частью бетона. Отсутствие перекристаллизации алюмосиликатного каркаса обеспечивает стабильное нарастание прочности бетона и в последующие сроки [3].

Техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами, не исчерпывающими все возможные варианты, приведенными в таблице 1.

Водорастворимый бесщелочной ускоритель схватывания для всех примеров, представленных в таблице 1, получают путем предварительного смешения алюмината натрия с комплексообразователем, затем вводят органический буферообразующий компонент, после чего в полученной системе растворяют средний сульфат алюминия и далее к стабилизированному раствору основного сульфата алюминия добавляют сульфат двухвалентного металла. При этом в качестве сульфата двухвалентного металла используют сульфаты железа, кобальта, хрома, марганца, магния, бериллия или смесь нескольких указанных продуктов. В качестве примеров приведены сульфаты марганца, магния и железа, а также смеси сульфатов марганца и магния, марганца и железа, магния и железа.

Проверку свойств комплексных добавок по настоящему изобретению проводили в соответствии с ГОСТ 30459-2003 на бетонной смеси состава (кг/м³): цемент - 350, песок - 850, щебень - 990, вода - 185 при В/Ц=0,53. Подвижность и сохраняемость определяли по ГОСТ 10181.1, прочность бетона - по результатам испытаний образцов-кубов 10×10×10 см по ГОСТ 10180.

В таблице 2 представлены результаты испытаний ускорителя схватывания по данной заявке и прототипа на сохраняемость бетонной смеси. Обеспечение необходимой исходной подвижности бетонной смеси достигалось введением 0,4% полиметиленнафталинсульфонатного суперпластификатора, после чего в бетонные смеси вводили добавку по заявке или прототип.

Таблица 3 содержит результаты испытаний по кинетике твердения бетона с ускорителем схватывания по заявке и прототипа.

Анализируя данные таблиц 2 и 3, можно сделать следующие выводы:

- бетон с добавкой по заявке превосходит добавку-прототип по срокам схватывания бетонной смеси, что очень существенно при использовании добавки в процессе торкретирования;

- бетон с добавкой по заявке превосходит добавку-прототип по набору прочности в ранние сроки;

- в 28-суточном возрасте прочность бетона с добавкой по данной заявке превосходит прочностные характеристики добавки-прототипа.

В таблице 4 приведены данные по растворимости солей, используемых в качестве компонентов для добавки по данной заявке и прототипу [4]. Растворимость криолита, используемого при приготовлении добавки-прототипа, столь мала, что не позволяет повысить концентрацию добавки до 45-50%, а также создает большие трудности в процессе ее приготовления. Сульфаты, используемые в качестве компонентов для получения добавки по настоящей заявке, хорошо растворимы при комнатной температуре, что существенно снижает энергетические затраты на приготовление ускорителя схватывания.

Литература

1. Рамачандран С.В. Добавки в бетон. М.: Стройиздат. 1988.

2. Denki Kagaku Kogyo К.К. EP 1676820 A1, опубл. 28.04.05.

3. И.Н. Ахвердов. Физика бетона. М.: Стройиздат. 1981.

4. Справочник химика, том 2. М.: Химия. 1964.