Результат интеллектуальной деятельности: Комплексная добавка для бетонной смеси

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам для бетонных смесей при производстве бетонов и растворов.

Известны гидрофобизирующие покрытия на основе органических веществ, содержащих высшие жирные кислоты и их сложные эфиры с высшими и многоатомными спиртами (жиры и растительные воски), нафтеновые кислоты, высшие углеводороды, кремнийорганические вещества. В результате введения кремнийорганических веществ возрастает прочность цементной композиции и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов среды. Недостатком полученных составов является увеличение стоимости гидрофобизирущих добавок, что способствует увеличению себестоимости бетонов [Чухланов В.Ю. и др. Гидрофобизирующая жидкость для бетонных и железобетонных конструкций // Строительные материалы, 2003, №12, с. 38-39].

Известен модификатор для цементных бетонов, включающий минеральный носитель - карбонатный шлам водоумягчения ТЭС и поверхностно-активное вещество (ПАВ) редуцирующего действия - поликарбоксилатный эфир при следующем соотношении компонентов, % мас.: указанный карбонатный шлам - 99,5, поликарбоксилатный эфир - 0,5, при содержании указанного модификатора 15-20% от массы цемента [пат. РФ №2360877, опубл. 10.07.2009, Бюл. 22]. После приготовления комплексного модификатора в количестве 15, 20 и 25% от массы цемента вводят в бетонную смесь и после перемешивания изготавливают контрольные образцы бетона.

Недостатком данного модификатора являются невысокая прочность на сжатие бетона и высокие экономические затраты, связанные с использованием в составе модификатора химической добавки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава комплексной добавки для растворных и бетонных смесей, позволяющего повысить устойчивость бетона в условиях воздействия агрессивных сред.

Техническим результатом является увеличение прочности бетона, повышение коэффициента солестойкости в растворе сульфата натрия.

Технический результат достигается тем, что комплексная добавка для бетонной смеси, включающая минеральный носитель, поверхностно-активное вещество, при этом дополнительно содержит нефтесодержащие отходы, а в качестве минерального носителя используют отработанный силикагель, являющийся отходом установки по подготовке газа к транспортировке, в качестве ПАВ - фильтровочные и поглотительные отработанные массы, образующиеся на стадии рециклизации процесса рафинации растительного масла, содержащие отработанный диатомит (кизельгур) и растительные восковые вещества, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Фильтровочные и поглотительные отработанные массы, образующиеся на стадии рециклизации процесса рафинации растительного масла, - отход масложировой промышленности, содержащий отработанный диатомит (кизельгур) и растительные восковые вещества, представляющий собой густую массу темно-бежевого цвета, состоящую из органической и минеральной части в соотношении 48:52. При многократных циклах регенерации фильтровочных и поглотительных отработанных масс содержание восковых веществ в них повышается с 49 до 80%. Наличие в составе отработанных масс восков, состоящих из высокомолекулярных сложных эфиров, спиртов и кислот с длинными углеводородными цепями (от C₂₂ до C₃₂) спиртов и жирных кислот позволяет использовать отработанные массы как модификатор, обладающий гидрофобизирующим эффектом. Известно, что гидрофобизирующим эффектом обладают многие химические вещества, например высшие жирные кислоты и их сложные эфиры с высшими и многоатомными спиртами (жиры и воски), нафтеновые кислоты, высшие углеводороды. Гидрофобизаторы применяют для повышения срока эксплуатации строительных материалов. При использовании химических реагентов наибольший эффект достигается при объемной гидрофобизации по сравнению с поверхностной, несмотря на возрастающий расход дорогих промышленных гидрофобизаторов. [В.Ю. Чухланов, Н.Ю. Никонова, А.Н. Алексеенко. Гидрофобизирующая жидкость для бетонных и железобетонных конструкций // Строительные материалы, 2003, №12, с. 38-39.] Дорогостоящим и менее доступным гидрофобизаторам можно противопоставить более доступные воски, входящие в состав отработанных масс - отходов из возобновляемого сырья, которые не подлежат дальнейшему использованию и направляются на полигон бытовых отходов на хранение как малоопасные отходы 4 класса опасности.

Добавка, содержащая гидрофобные, в том числе растительные восковые вещества, придает водостойкость цементному камню за счет проявления приобретенного свойства объемной гидрофобизации. Кремнеземсодержащие сорбенты повышают предел прочности при сжатии бетона в агрессивной среде и коэффициента солестойкости.

Также использование в составе добавки продукта утилизации нефтесодержащих отходов (3 класса опасности), в составе которой присутствуют углеводороды, растительные восковые вещества, силикаты и карбонаты кальция, повышает прочность образцов бетонов в агрессивной среде и позволяет улучшить качество бетонных конструкций гидротехнического назначения.

Для изготовления бетона без добавок (эталон) смешивают цемент и заполнитель - песок в соотношении 1:3 с добавлением воды при соотношении В/Ц=0,74. После добавления воды цементно-песчаный раствор проверяют на подвижность по глубине погружения конуса «СтройЦНИЛа», которая не должна быть менее 3 см [Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учеб. М.: Высш. шк., 2001, 367 с.]. Приготовленный раствор нормальной консистенции укладывают в образцы-балочки. Образцы выдерживают сутки, расформовывают и хранят во влажных условиях в течение 28 дней для последующих испытаний.

Смешивают отработанные силикагели (отход газовой промышленности), отработанные массы (отход масложировой промышленности, содержащие отработанный диатомит (кизельгур) и растительные восковые вещества, и нефтесодержащие отходы при следующем соотношении масс. %:

Полученную добавку (2,5-7,5% от массы цемента) смешивают с песком, который берут в количестве 3:1 к цементу с вычетом массы гидрофобизирующей добавки, и перемешивают для равномерного распределения по всему объему песка. Затем добавляют цемент и перемешивают полученную сухую смесь. Добавляют воду, после чего цементно-песчаный раствор проверяют на подвижность. Изготовляют образцы-балочки, которые подвергают испытаниям на прочность и стойкость в агрессивных средах.

Для проверки образцов бетона на стойкость в агрессивных средах их испытывают в 10%-ном водном растворе сульфата натрия (Na₂SO₄). Через неделю образцы извлекают для определения физико-химических свойств по следующим показателям: пределу прочности при сжатии (R, МПа), коэффициенту солестойкости (К_с).

Предел прочности при сжатии образцов бетона, полученных при использовании продукта утилизации нефтесодержащих отходов в качестве добавки, определяли на гидравлическом прессе ТИП П-10. В таблице 1 приведены рецептуры для получения образцов бетона, а в таблице 2 - результаты их испытаний.

Применение таких многотоннажных отходов, как нефтесодержащие отходы, отработанный силикагель и фильтровочные и поглотительные отработанные массы, образующиеся на стадии рециклизации процесса рафинации растительного масла, в составе комплексной добавки для бетонной смеси, с одной стороны, обеспечивает снижение техногенной нагрузки на окружающую среду, а с другой стороны, снижает ее стоимость.