PL202379B1 - Sposób wytwarzania szczelnego betonu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania szczelnego betonu o poprawionych właściwościach zarobowych mieszanki betonowej, o obniżonej porowatości oraz o zwiększonej odporności na agresję siarczanową po stwardnieniu. Sposób wytwarzania szczelnego betonu według wynalazku, polega na dodaniu do procesu mieszania składników mieszanki betonowej, korzystnie wraz z wodą zarobową, małocząsteczkowego czterometoksysilanu w ilości 0,05% do 10% wagowych, w stosunku do ilości użytego do zaprawy betonowej cementu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania szczelnego betonu o poprawionych właściwościach zarobowych mieszanki betonowej, o obniżonej porowatości oraz o zwiększonej odporności na agresję siarczanową po stwardnieniu.

Wnikanie wody wgłąb betonu lub wyrobów betonowych odbywa się głównie poprzez pory kapilarne. Proces ten może odbywać się przy ciśnieniu normalnym jak i przy ciśnieniu podwyższonym. Woda wnikająca w części porowate wyrobów i konstrukcji betonowych, zawierająca nader często związki chemiczne, wywołuje korozję stwardniałego betonu, co jest przyczyną obniżenia wytrzymałości betonu jak i jego szczelności. Stąd obok wymaganej wytrzymałości na ściskanie, za podstawową cechę jakości mieszanek betonowych uważa się również trwałość konstrukcji betonowych, a więc odporność na działanie czynników atmosferycznych i na agresję chemiczną związaną z wodami gruntowymi, będącymi roztworami różnych soli.

Znanych jest wiele metod ograniczających penetrację wody w wyrobach betonowych, jak i regulujących początek i koniec wiązania zapraw cementowych i betonów. Najczęściej stosowaną metodą jest zmniejszenie współczynnika wodno-cementowego zapraw i betonów, poprzez stosowanie znanych technik zagęszczania mieszanek betonowych oraz stosowanie szeregu domieszek, poprawiających znacznie płynność zapraw betonowych, przy zmniejszonej zawartości wody zarobowej. Znanym i stosowanym często sposobem jest również stosowanie szeregu znanych technik nakładania powłok ochronnych na powierzchnie betonowe, czy też stosowanie różnego rodzaju domieszek wpływających na zmniejszenie wymiarów porów oraz na hydrofobizację powierzchniową i objętościową wyrobów betonowych.

Znana jest z międzynarodowego zgłoszenia wynalazku nr WO 98/12149 szwedzka metoda wytwarzania kompozycji betonowych o zwiększonej twardości, polegająca na dodaniu do mieszanki betonowej krzemionki koloidalnej, a następnie na prasowaniu tych kompozycji przy użyciu wysokociśnieniowych pras hydraulicznych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 167484 sposób otrzymywania zaprawy krzemoorganicznej, zwłaszcza do wypraw tynkarskich polegający na zmieszaniu roztworu spoiwa krzemoorganicznego w rozpuszczalnikach organicznych z wypełniaczami mineralnymi, w którym jako spoiwo krzemoorganiczne stosuje się kompozycję zawierającą żywicę metylosilikonową o masie cząsteczkowej większej niż 1000 g/mol i stosunku molowym CH3/Si od 1,0 do 1,2 oraz małocząsteczkową, reaktywną żywicę metylosilikonową i/lub alkilofenylosilikonową o masie cząsteczkowej mniejszej niż 1000 g/mol i zawartości reaktywnych grup silanolowych nie mniejszej niż 1,5% wagowych i/lub alkoksylany i/lub polialkoksylany, przy czym zawartość reaktywnej żywicy i/lub alkoksysilianów i/lub polialkoksysilianów wynosi co najmniej 5% wagowych w przeliczeniu na suchą masę kompozycji.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 171520 domieszka uszczelniająca do betonu, składająca się z glukonianu wapiennego lub sodowego w ilości 3 do 10 części wagowych, mocznika w ilości 4 do 15 części wagowych, sulfonianu potasowego w ilości 0 do 10 części wagowych, nonylofelonu oksyetylowanego w ilości 0,3 do 1 części wagowej, bentonitu w ilości 15 do 35 części wagowych i glinki kaolinowej w ilości 40 do 70 części wagowych.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 182321 domieszka uszczelniająca do betonu, zawierająca lignosulfonian sodowo-wapniowy lub sodowy w ilości 0 do 20% wagowych oraz rozdrobniony do powierzchni właściwej powyżej 300 m²/kg wg Blaine'a odpad powstający przy odsiarczaniu gazów spalinowych w złożach fluidalnych cyrkulujących.

Niedogodnością znanych metod i dodatków jest ich zbyt duża różnorodność dodawanych związków do jednego procesu wytwarzania, wymagających stosowanie energochłonnych homogenizatorów lub stosowania dodatków odpadowych ograniczających ich stosowanie do miejsca ich występowania. Znane zaprawy krzemoorganiczne zawierają natomiast związki krzemoorganiczne z grup wymagających dodatku wapna hydratyzowanego celem ich utwardzenia, uzyskując przez to jedynie efekt szybkiego zakończenia procesu wiązania i utwardzania zapraw krzemoorganicznych. Ponadto dodawane w stanie techniki związki chemiczne są związkami mającymi oddziaływać na mieszanki betonowe w celu dodania im właściwości hydrofobowych. Brak jest natomiast w znanych metodach jednego związku działającego równocześnie jako plastyfikator, jako regulator czasu wiązania zaprawy oraz ograniczający korozyjne działanie środowiska siarczanowego, przy jednoczesnym wzajemnym korzystnym oddziaływaniu z minerałami klinkieru portlandzkiego.

PL 202 379 B1

Istotą sposobu wytwarzania szczelnego betonu według wynalazku jest wprowadzenie do spoiwa cementowego zawierającego cement, kruszywo, małocząsteczkowe związku krzemoorganiczne o zawartości co najmniej 5% wagowych w przeliczeniu na suchą masę kompozycji oraz wodę zarobową, małocząsteczkowego związku czterometoksysilanu, zawierającego zdolne do hydrolizy i polikondensacji grupy funkcyjne alkoksylowe -OCH3.

Sposób wytwarzania szczelnego betonu według wynalazku, polega na dodaniu do procesu mieszania składników mieszanki betonowej, małocząsteczkowego czterometoksysilanu, w ilości 0,05% do 10% wagowych w stosunku do ilości użytego do zaprawy betonowej cementu. Dla powstania mniejszej ilości wodorotlenku wapniowego podczas procesu hydratacji oraz celem uzyskania zmian w morfologii uzyskanych faz uwodnionych, szczególnie fazy C-S-H i glinianów wapniowych oraz dla jednoczesnego zmniejszenia porowatości zaczynów i mieszanek betonowych, korzystnym jest dodanie czterometyloksysilanu w ilości 0,1% do 3% wagowych w stosunku do ilości użytego do zaprawy betonowej cementu. Korzystnie dla potrzeb niniejszego wynalazku, czterometoksysilan do procesu wytwarzania szczelnego betonu, jest wprowadzany jako roztwór, z częścią wody zarobowej.

Sposób wytwarzania szczelnego betonu według wynalazku polega na wstępnym wymieszaniu składników masy betonowej z częścią wody zarobowej do uzyskania wilgotnej konsystencji masy betonowej. Do pozostałej ilości wody zarobowej dodaje się czterometoksysilan w ilości 0,05% do 10% wagowych w stosunku do suchej masy, użytego do betonu cementu i poddaje się procesowi mieszania. Następnie do wcześniej przygotowanej wilgotnej masy betonowej dodaje się pozostałą część wody zarobowej i całość poddaje się mieszaniu do uzyskania gotowej masy betonowej.

Zaletą sposobu wytwarzania betonu sposobem według wynalazku, jest znaczna poprawa właściwości reologicznych świeżych mieszanek betonowych, jak i właściwości stwardniałych betonów. Wprowadzenie do masy betonowej związku krzemoorganicznego w postaci czterometoksysilianu spełnia funkcję domieszki kompleksowej, działającej jako plastyfikator i regulator czasu wiązania. Związek ten powoduje poprawę właściwości mechanicznych mieszanek betonowych, aktywację procesu uwodnienia glinianu trójwapniowego, obniża podciąganie kapilarne wody oraz nasiąkliwość betonu. Wytwarzanie betonu sposobem według wynalazku, wpływa korzystnie na proces hydratacji poszczególnych faz klinkierowych, na właściwości mechaniczne betonu oraz na zmniejszenie porowatości stwardniałego betonu. Uzyskane betony sposobem według wynalazku charakteryzują się zmniejszoną nasiąkliwością oraz podwyższoną odpornością na działanie znakozmiennych temperatur, odpornością na korozyjne działanie siarczanów, przez co mogą być stosowane do konstrukcji wodoodpornych, pracujących w szczególnie niekorzystnych warunkach.

P r z y k ł a d 1 (porównawczy)

Sposób wytwarzania betonu bez dodatków obrazuje poniższy przykład.

Do uruchomionej mieszarki wsypano:

- 350,00 kg cementu portlandzkiego CEM 1

- 610,50 kg piasku o granulacji 0 do 2 mm

- 592,50 kg ż wiru o granulacji 2 do 8 mm

- 647,50 kg ż wiru o granulacji 2 do 16 mm oraz dodano

- 192,50 kg wody zarobowej

Z tak przygotowanej masy betonowej zostały zaformowane kostki betonowe o wymiarach 150x150 mm i poddane procesowi wibracji. Kostki betonowe po rozformowaniu były pielęgnowane w warunkach wilgotnych, o wilgotności względnej powietrza, wynoszącej około 95%. Po 28 dniach dojrzewania próbki zostały poddane podstawowym badaniom fizycznym. Wyniki tych badań zestawiono w tablicy 1.

P r z y k ł a d 2

Do uruchomionej mieszarki wsypano takie same ilości składników jak w przykładzie 1 oraz dodano 102,50 kg wody zarobowej. Do pozostałej ilości wody zarobowej dodano 7 kg czterometoksysilanu i wymieszano. Następnie pozostałą część wody zarobowej wraz z czterometoksysilanem w ilości 97 kg dodano do mieszarki. Z tak przygotowanej masy betonowej został y zaformowanie kostki betonowe o wymiarach 150 x 150 mm i poddane procesowi wibracji. Kostki betonowe po rozformowaniu były pielęgnowane w warunkach wilgotnych, o wilgotności względnej powietrza, wynoszącej około 95%. Po 28 dniach dojrzewania próbki zostały poddane podstawowym badaniom fizycznym. Wyniki tych badań, zestawione są w tablicy 1.

PL 202 379 B1

T a b l i c a 1

Rodzaj badania	Beton bez dodatków	Beton według wynalazku z dodatkiem czterometoksysilanu
Wytrzymałość na ściskanie (po 28 dniach dojrzewania);	46,4 MPa	51,7 MPa
Czas wiązania: początek:	205 godz.	050 godz.
koniec:	3 45 godz	235 godz
Konsystencja betonu:	6,7 cm	8,0 cm
Porowatość:	100%	70%
Nasiąkliwość:	8,0%	6,0 %
Kąt zwilżania betonu wodą:	38°	75°
Podciąganie kapilarne wody:	2,9%	-
Odporność na siarczany wg PN-B19707: po 52 tygodniach ekspansja próbek w roztworze Na2SO4 wynosiła:	0,738%	0,003%

Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania szczelnego betonu, polegający na zmieszaniu cementu, kruszywa, małocząsteczkowych związków krzemoorganicznych o zawartości co najmniej 5% wagowych w przeliczeniu na suchą masę kompozycji, oraz wody zarobowej, przy czym woda zarobowa może być dodawana do procesu mieszania w dwóch częściach, znamienny tym, że do procesu mieszania składników masy betonowej dodaje się małocząsteczkowe związki czterometoksysilanu zawierające grupy funkcyjne OCH3, w ilości 0,05 do 10% wagowych w stosunku do ilości użytej do zaprawy betonowej masy cementu, a następnie całość składników wraz z całkowitą ilością wody zarobowej miesza się do uzyskania gotowej masy betonowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do procesu mieszania dodaje się część wody zarobowej w takiej ilości, aby uzyskać wilgotną konsystencję tej masy, natomiast do pozostałej części wody zarobowej dodaje się związki czterometoksysilanu, po czym roztwór ten, jako pozostała część wody zarobowej, dodaje się do procesu mieszania, a następnie całość składników wraz z całkowitą ilością wody zarobowej miesza się do uzyskania gotowej masy betonowej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatek czterometyloksysilanu wynosi 0,1% do 3% wagowych, w stosunku do ilości użytego do zaprawy betonowej cementu.

4. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że związki czterometyloksysilanu zawierają grupę alkoksylową -OCH3.