RU2641040C1

RU2641040C1 - Plasticiser for ready-mixed concrete mixtures

Info

Publication number: RU2641040C1
Application number: RU2016137500A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валерьевич Гордеев; Алексей Львович Захарычев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПКФ"
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-01-15

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to the compositions of additives for concrete and mortars based on portland cement. The plasticiser for ready-mixed concrete mixtures contains disodium hydroxyethylidene diphosphonate and sodium lignosulfonate, with the following component ratio, wt %: disodium hydroxyethylidene diphosphonate 30-35, sodium lignosulfonate 65-70.EFFECT: increased mobility, water reduction, water resistance and preservation time of the concrete mixture.3 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к промышленности стройматериалов, в частности к составам добавок для бетонов и растворов на основе портландцемента.The invention relates to the building materials industry, in particular to compositions of additives for concrete and mortars based on Portland cement.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Из уровня техники известно, что наиболее эффективными добавками для товарных бетонных смесей и строительных растворов являются добавки, сочетающие пластифицирующие и воздухововлекающие свойства (например, А.И. Вовк. Влияние конкурентной адсорбции на действие воздухововлекающих добавок в присутствии суперпластификаторов // Цемент и его применение, №6, 2014, с 104-109). Пластификация смеси обеспечивает необходимый уровень прочности, непроницаемости и требуемые реологические характеристики, воздухововлечение - морозостойкость. Поскольку влияние пластификации и воздухововлечения на свойства бетона, в основном, противоположно, параметры бетона и, в конечном итоге, его долговечность в значительной мере определяются выбором веществ, обеспечивающих пластификацию и воздухововлечение и их материальным балансом относительно цемента.It is known from the prior art that the most effective additives for ready-mixed concrete and mortar are additives that combine plasticizing and air-entraining properties (for example, A.I. Vovk. The effect of competitive adsorption on the effect of air-entraining additives in the presence of superplasticizers // Cement and its use, No. 6, 2014, pp. 104-109). Plasticization of the mixture provides the necessary level of strength, impermeability and the required rheological characteristics, air intake - frost resistance. Since the effect of plasticization and air entrainment on the properties of concrete is basically the opposite, the parameters of concrete and, ultimately, its durability are largely determined by the choice of substances providing plasticization and air entrainment and their material balance with respect to cement.

В качестве пластифицирующих в товарных бетонных смесях применяются, в основном, добавки на основе поликарбоксилатов и их эфиров и сульфированных нафталин/меламин формальдегидов (П.И. Юхневский. Влияние химической основы добавок на свойства бетонов. Минск, БИТУ, 2013). Известны добавки на основе поликарбоксилатов, например, Cerulli et al. Zero Slump - Loss Superplasticizer, раскрытые в US 5362324 А, опубл. 08.11.1994. Добавки сочетают пластифицирующее и воздухововлекающее действие, не снижают долговечности, но имеют низкое время сохраняемости подвижности и высокую стоимость, что ограничивает их применение в рядовых товарных смесях.As plasticizing agents in ready-mixed concrete mixtures, mainly additives based on polycarboxylates and their esters and sulfonated naphthalene / melamine formaldehydes are used (PI Yukhnevsky. The influence of the chemical base of additives on the properties of concrete. Minsk, BITU, 2013). Polycarboxylate additives are known, for example, Cerulli et al. Zero Slump - Loss Superplasticizer, disclosed in US 5362324 A, publ. 11/08/1994. Additives combine plasticizing and air-entraining effect, do not reduce durability, but have low mobility retention time and high cost, which limits their use in ordinary commodity mixtures.

Сульфонафталин/меламин формальдегиды приемлемы по цене, но требуют дополнительно введения воздухововлекающего компонента. Требованиям цены отвечают отходы переработки древесины - смола нейтрализованная воздухововлекающая и технические лигносульфонаты. Известна добавка на основе сульфонафталинформальдегида в сочетании с лигносульфонатом, раскрытая в RU 2262490 С2, опубл. 20.10.2005. Общим недостатком добавок на основе сульфированных формальдегидов является снижение долговечности бетонов - по некоторым данным - в шесть раз по сравнению с бетоном без добавки. По видимому, это связано с возможностью образования свободной сильной кислоты, разрушающей цементный камень в процессе эксплуатации.Sulfonaphthalene / melamine formaldehydes are affordable, but require the addition of an air-entraining component. Wood processing waste meets the price requirements - neutralized air-entraining resin and technical lignosulfonates. Known additive based on sulfonaphthalene formaldehyde in combination with lignosulfonate, disclosed in RU 2262490 C2, publ. 10/20/2005. A common drawback of sulfonated formaldehyde-based additives is a six-fold decrease in the durability of concrete, according to some sources, compared to concrete without additives. Apparently, this is due to the possibility of the formation of a free strong acid that destroys cement stone during operation.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является добавка, раскрытая в RU 2464246 С1, опубл. 20.10.2012, содержащая динатриевую соль гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты в качестве модификатора прочности и полиэтиленгликольнонилфенилэфир в качестве воздухововлекающего компонента (прототип). Добавка обеспечивает увеличение долговечности по сравнению с бетоном без добавки, но не имеет пластифицирующих свойств, достаточных для обеспечения реологии товарных бетонных смесей.The closest analogue of the claimed invention is the additive disclosed in RU 2464246 C1, publ. 10.20.2012, containing the disodium salt of hydroxyethylidene diphosphonic acid as a strength modifier and polyethylene glycolnonyl phenyl ether as an air-entraining component (prototype). The additive provides an increase in durability compared to concrete without an additive, but does not have plasticizing properties sufficient to ensure the rheology of ready-mixed concrete mixtures.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей заявленного изобретения является разработка пластификатора для товарных бетонных смесей, позволяющего увеличить подвижность, водоредуцирование и время сохраняемости бетонной смеси, а также водонепроницаемость бетона.The objective of the claimed invention is to develop a plasticizer for ready-mixed concrete mixtures, which allows to increase the mobility, water reduction and shelf life of the concrete mixture, as well as the water resistance of concrete.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение подвижности, водоредуцирования, времени сохраняемости бетонной смеси и водонепроницаемости бетона.The technical result of the claimed invention is to increase the mobility, water reduction, the shelf life of the concrete mixture and the water resistance of concrete.

Пластификатор для товарных бетонных смесей содержит динатрийгидроксиэтилидендифосфонат и лигносульфонат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: динатрийгидроксиэтилидендифосфонат - 30-35, лигносульфонат натрия 65-70.The plasticizer for ready-mixed concrete mixtures contains disodium hydroxyethylidene diphosphonate and sodium lignosulfonate, in the following ratio, wt. %: disodium hydroxyethylidene diphosphonate - 30-35, sodium lignosulfonate 65-70.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Принцип действия пластификатора заключается в следующем. В силу химического состава и энергетических свойств ионного состава водного раствора, динатрийгидроксиэтилендифосфонат и лигносульфонат натрия являются комплексообразователями и пептизаторами цементных минералов. Процесс начала кристаллообразования цемента без добавки связан с резким увеличением плотности в локальных областях образования зародышей. Вокруг этих областей возникает напряженно-деформированное состояние системы, когда в центре кристаллообразования образуется состояние всестороннего сжатия, а вокруг этой области - состояние разряжения, что приводит к локальному разрушению формирующейся матрицы. Таким образом, вся структура подвергается энергетическим градиентам, что приводит от образования микродефектов к их росту в макродефекты. При наличии в смеси добавки она притягивается к месту зародышеобразования благодаря возникшим энергетическим флуктуациям и сорбируется на нем. Образуется растворимый комплекс, разрушающий зародыш. Благодаря этому происходит снижение градиентов и однородное отвердевание цементного камня. Увеличение заряда поверхности образующихся комплексов по сравнению с цементом без добавки приводит к пептизации цементных агломератов с высвобождением заключенной в них воды и к уменьшению вязкости из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц твердой фазы - к увеличению пластификации и водоредуцированию. Дозировка должна соответствовать количеству необходимых комплексов, т.е. пропорциональна массе цемента. При ее превышении процесс подавления образования кристаллов продолжается недопустимое время.The principle of action of the plasticizer is as follows. Due to the chemical composition and energy properties of the ionic composition of the aqueous solution, disodium hydroxyethylene diphosphonate and sodium lignosulfonate are complexing agents and peptizers of cement minerals. The process of the onset of crystallization of cement without additives is associated with a sharp increase in density in local areas of nucleation. A stress-strain state of the system arises around these regions when a state of comprehensive compression forms in the center of crystal formation, and a rarefaction state forms around this region, which leads to local destruction of the forming matrix. Thus, the entire structure undergoes energy gradients, which leads from the formation of microdefects to their growth into macrodefects. If there is an additive in the mixture, it is attracted to the nucleation site due to the arising energy fluctuations and is sorbed on it. A soluble complex is formed that destroys the embryo. Due to this, there is a decrease in gradients and uniform hardening of the cement stone. An increase in the surface charge of the resulting complexes compared to cement without additives leads to peptization of cement agglomerates with the release of water contained in them and to a decrease in viscosity due to the mutual repulsion of the charged particles of the solid phase - to increase plasticization and water reduction. The dosage should correspond to the number of necessary complexes, i.e. proportional to the mass of cement. When it is exceeded, the process of suppressing the formation of crystals continues for an unacceptable time.

Авторами установлено, что применение динатриевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты в дозировке к цементу 0,014-0,016 мас. %, в сочетании с лигносульфонатом натрия в качестве воздухововлекающего компонента увеличивает пластифицирующие свойства добавки до необходимого уровня. В этом сочетании достаточно 0,036%-0,038% лигносульфоната от веса цемента для достижения необходимого пластифицирующего эффекта. В известных случаях лигносульфонат натрия применяется в гораздо больших дозировках и приводит к замедлению набора прочности. Таким образом, установлено, что действующие вещества обладают синергизмом, и при установленных дозировках не оказывают заметного замедления темпов набора прочности бетона.The authors found that the use of disodium salt of hydroxyethylidene diphosphonic acid in a dosage to cement of 0.014-0.016 wt. %, in combination with sodium lignosulfonate as an air-entraining component, increases the plasticizing properties of the additive to the required level. In this combination, 0.036% -0.038% of lignosulfonate by weight of cement is sufficient to achieve the required plasticizing effect. In known cases, sodium lignosulfonate is used in much larger dosages and slows down the curing. Thus, it was found that the active substances have a synergism, and at established dosages do not have a noticeable slowdown in the rate of concrete strength gain.

Заявленный пластификатор получают следующим образом. В смеситель сухого смешивания последовательно загружаются рецептурные количества динатрийгидроксиэтилендифосфоната и лигносульфоната натрия. Производится смешивание.The claimed plasticizer is prepared as follows. Prescription amounts of disodium hydroxyethylene diphosphonate and sodium lignosulfonate are sequentially loaded into the dry mixing mixer. Mixing is done.

Для ускорения распределения пластификатора в бетонной смеси возможно его применение в виде предварительно изготовленного водного раствора концентрацией до 5%. Пятипроцентный раствор вводят в бетонную смесь в количестве 0,5-1% от содержания цемента в смеси.To accelerate the distribution of plasticizer in concrete mix, it is possible to use it in the form of a pre-made aqueous solution with a concentration of up to 5%. A five percent solution is injected into the concrete mixture in an amount of 0.5-1% of the cement content in the mixture.

В таблицах приведены результаты испытаний пластификатора в бетонных смесях на цементах разного состава при введении 1% (0,05% пластификатора от веса цемента) раствора пластификатора заявленного состава от веса цемента. В таблице 1 – результаты определения времени сохраняемости подвижности растворной смеси на цементе ЦЕМ I 42,5Н ООО «Староцементный завод» с пластификатором и без него. В таблице 2 – результаты испытаний подвижности, прочности и водонепроницаемости стандартного раствора по ГОСТ 30459-2008 с использованием цемента ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Мордовцемент», песок Мкр 2,8. В таблице 3 – оценка водонепроницаемости и по ГОСТ 12730.5, а также сопротивление бетона проникновению воздуха. Состав бетона: содержание цемента ЦЕМ II/А-П 32,5Н (20% опоки) производства ОАО «Мордовцемент» 350 кг/м³, песок Мкр 2,1, щебень фр 5-20, отношение песок/щебень 0,4, класс по подвижности П2.The tables show the results of testing the plasticizer in concrete mixtures on cements of different compositions with the introduction of 1% (0.05% plasticizer by weight of cement) plasticizer solution of the claimed composition on the weight of cement. Table 1 - the results of determining the retention time of the mobility of the mortar mixture on cement CEM I 42.5N LLC "Starocementny Zavod" with and without plasticizer. Table 2 - test results of the mobility, strength and water resistance of a standard solution according to GOST 30459-2008 using cement CEM I 42.5N of OJSC "Mordovcement", sand Mkr 2.8. Table 3 - assessment of water resistance and according to GOST 12730.5, as well as the resistance of concrete to air penetration. Concrete composition: cement content CEM II / A-P 32.5N (20% flask) manufactured by Mordovcement OJSC 350 kg / m ³ , sand Mkr 2.1, crushed stone FR 5-20, sand / crushed stone ratio 0.4, mobility class P2.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить пластификатор, позволяющий увеличить подвижность, водоредуцирование, повысить время сохраняемости бетонной смеси и снизить водопроницаемость бетона.Thus, the present invention allows to obtain a plasticizer, which allows to increase mobility, water reduction, increase the shelf life of the concrete mixture and reduce the permeability of concrete.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other specialists may be obvious to other embodiments of the invention, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.

Claims

A plasticizer for ready-mixed concrete mixtures containing disodium hydroxyethylidene diphosphonate and sodium lignosulfonate in the following ratio, wt.%: Disodium hydroxyethylidene diphosphonate - 30-35, sodium lignosulfonate 65-70.