Бетонная композиция (варианты)

 

Изобретение относится к составам бетонных композиций и может быть использовано в строительстве, в частности в производстве конструкционных материалов с высокими показателями прочности, плотности, водонепроницаемости, морозостойкости и коррозионной стойкости, а также в торкретбетонных и цементационных работах по герметизации, гидроизоляции и усилению несущей способности бетонных, железобетонных, каменных, кирпичных и металлических конструкций. Бетонная композиция, включающая портландцемент, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор, комплексную добавку и воду, содержит в качестве вяжущего бездобавочный портландцемент марки не ниже "500", в качестве наполнителя конденсированный микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок фракций менее 0,14 мм и 1,25-2,50 мм, в качестве суперпластификатора продукт С-3 на основе полимеризации и конденсации нафталинсульфокислот с формальдегидом, в качестве комплексной добавки продукт совместного интенсивного сухого перемешивания и измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600", содержащего 8-12% трехкальциевого алюмината С₃А, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении цемент: песок:суперпластификатор соответственно 5:4:1, и дополнительно композиция содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г при следующем содержании компонентов, мас.%: портландцемент 24,0-25,5, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-6,0, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 6,5-8,5, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм 20,0-22,0, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-32,0, суперпластификатор С-3 0,35-0,85, указанная комплексная добавка 2,5-3,5, вода - остальное. Бетонная композиция может содержать в качестве заполнителя песчано-гравийную смесь фракции 2-5 мм, кроме того, в качестве заполнителя бетонная композиция может содержать песчано-гравийную смесь фракции 2-5 мм и песок кварцевый фракции 1,25-2,5 мм. Кроме того, бетонная композиция может содержать в качестве заполнителя кварцевый песок фракции 1,25-2,5 мм в сочетании с наполнителем - микрокремнеземом и молотым кварцевым песком с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³см²/г. Также бетонная композиция может содержать в качестве наполнителя указанные молотый кварцевый песок и микрокремнезем в сочетании с заполнителем - кварцевым песком фракции менее 0,14 мм. Технический результат - расширение области применения бетонной композиции, оптимизация ее реологических, физико-технических и эксплуатационных характеристик в пластичных подвижных и литых нерасслаивающихся смесях, повышение надежности и долговечности бетонов, снижение расхода цемента и суперпластификатора, сокращение энергозатрат и энергоемкости производства. 5 с.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к составам бетонных композиций и может быть использовано в строительстве, преимущественно в технологиях производства высоконаполненных конструкционных бетонов, торкретбетонов и цементационных (тампонажных) растворов с повышенными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. В частности, по совокупности названных характеристик изобретение может использоваться для получения жестких, подвижных и литых бетонных композиций, применяемых в качестве конструкционных материалов при изготовлении строительных изделий, в том числе армированных и неармированных конструкций различного профиля и назначения, эксплуатируемых в условиях повышенных физических нагрузок, воздействия агрессивных водных и газовых сред и других экстремальных условиях эксплуатации сооружений, включая и заглубленные.

Изобретение может быть использовано также в торкретбетонных и цементационных технологиях, проводимых для восстановления и усиления монолитности, водонепроницаемости и прочности при нарушениях гидроизоляции и герметизации сооружений.

Целью изобретения является расширение области применения бетонной композиции, оптимизация ее реологических, физико-технических и эксплуатационных характеристик в пластичных подвижных и литых нерасслаивающихся смесях, отказ от вторичных способов герметизации и защиты конструкций от водных протечек и коррозии (оклеечной, обмазочной и др. изоляции), повышение надежности и долговечности бетонов на основе усиления коррозионной стойкости, плотности, водонепроницаемости, прочности и морозостойкости, снижение расхода цемента и суперпластификатора, стоимости бетона, сокращение трудозатрат и энергоемкости производства.

Известна бетонная композиция, включающая вяжущее, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор и воду, содержащая в качестве вяжущего портландцемент марки "400", в качестве наполнителя микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок трех интервалов крупности 0,05-0,5 мм, 1,0-1,15 мм и 2,2-2,5 мм, в качестве суперпластификатора смесь продукта поликонденсации меламинформальдегидных соединений и сульфанилата натрия МФ-АР с нитритом кальция или нитритом натрия в соотношении 1:(1,5-2,5) соответственно. Марка водонепроницаемости до W=16, прочности 83-115 Мпа [1].

Недостатком этой композиции является сложный трехфракционный состав заполнителя, удорожающий и усложняющий его приготовление, высокая токсичность смеси МФ-АР с электролитами нитритов, требующая принятия мер предосторожности по защите органов дыхания, зрения и кожи при использовании. Кроме того, композиция имеет ограниченную область применения вследствие существенных деформаций усадки в литых и высокоподвижных смесях, ухудшающих поровую структуру, водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Известна бетонная композиция, преимущественно для торкретбетонных работ, включающая цемент, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор, жидкое стекло и воду, содержащая портландцемент алюминатный марки "500" с долей трехкальциевого алюмината C₃A 12-14% от массы цемента, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, кварцевый песок фракций менее 0,140 мм и 0,140-0,630 мм, суперпластификатор C-3 на основе натриевых солей продукта поликонденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, а также жидкое натриевое стекло Na₂O·n· SiO₂. Марка водонепроницаемости W=20 [2].

Недостатком приведенной бетонной композиции является технологически не оптимальный и не обоснованный диапазон крупности фракций кварцевого песка, что приводит к увеличению водопотребности для сохранения требуемой подвижности смеси. Кроме того, содержащийся в композиции бездобавочный высокоалюминатный цемент не обладает достаточной долговечностью вследствие подверженности цементного камня сульфатной и другим видам коррозии в агрессивных средах, что может быть причиной разрушения цементного камня.

Наиболее близкой к заявленному изобретению по технической сущности, цели и достигаемому результату является бетонная композиция, включающая цемент, наполнитель, заполнитель, ПАВ типа C-3, комплексную минеральную добавку и воду, содержащая в качестве вяжущего алитовый портландцемент марки "500" с долей трехкальциевого силиката C₃S 60-62%, в качестве наполнителя микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок фракций менее 0.315 мм и 0,315-1,250 мм, в качестве ПАВ суперпластификатор C-3 на основе натриевых солей продукта поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, в качестве комплексной минеральной добавки продукт совместного помола до удельной поверхности (4,5-5,0)·10³ см²/г алюминатного портландцемента с долей трехкальциевого алюмината C₃A в нем 12-14%, кварцевого песка с удельной поверхностью (0,1-0,15)·10³ см²/г и сульфоалюмината кальция (CSA), взятых в соотношении 50:40:10 соответственно. Указанный состав обеспечивает высокие марки водонепроницаемости (W=20), реологические качества смеси и экономию цемента на 25-35% [3].

Недостатком наиболее близкой к заявленному изобретению композиции является одновременное содержание в ней цементов различной клинкерной основы, наличие трех фракций кварцевого песка и дефицитного безводного сульфоалюмината кальция, что усложняет и удорожает состав добавки и композиции в целом и ограничивает область применения. Кроме того, высокая взаимная зависимость активности вяжущего и наполнителей от дозировки и тонкости помола компонентов добавки предъявляют повышенные требования к контролю точности состава добавки, особенно в границах верхних значений массовых долей и дисперсности ее компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что: бетонная композиция, включающая портландцемент, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор, комплексную добавку и воду, содержит в качестве вяжущего бездобавочный портландцемент марки не ниже "500", в качестве наполнителя конденсированный микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок фракций менее 0,14 мм и (1,25-2.50) мм, в качестве суперпластификатора продукт C-3 на основе полимеризации и конденсации нафталинсульфокислот с формальдегидом, в качестве комплексной добавки продукт совместного интенсивного сухого перемешивания и измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600", содержащего 8-12% трехкальциевого алюмината C₃A, молотого кварцевого песка с.удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора C-3, взятых в соотношении Ц:П:СП (цемент:песок:суперпластификатор) соответственно 5:4:1. и дополнительно композиция содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, при следующем содержании компонентов, мас.%: Портландцемент - 24,0-25,5 Микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г - 4,0-6,0 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г - 6,5-8,5 Кварцевый песок фракции менее 0,14 мм - 20,0-22,0 Кварцевый песок фракции (1,25-2.50) мм - 28,0-32,0 Суперпластификатор C-3 - 0,35-0,85 Указанная комплексная добавка - 2,5-3,5 Вода - Остальное
бетонная композиция, включающая портландцемент, микрокремнезем, заполнитель, суперпластификатор C-3, комплексную добавку и воду, содержит портландцемент бездобавочной марки не ниже "500", микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ cм²/г в качестве заполнителя песчано-гравииную смесь с размерами зерен песка и гравия в смеси 2-5 мм при соотношении их массовых долей 1:(3-4) соответственно, суперпластификатор C-3, в качестве комплексной добавки тонкодиспергированный продукт совместного сухого измельчения до удельной поверхности (4.0-4.5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600", содержащего 8-12% трехкальциевого алюмината C₃A, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1.5-2.5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора C-3, взятых в соотношении 5: 4:1 соответственно, дополнительно содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3.5-4.0)·10³ см²/г, при следующем содержании компонентов, масс.%:
Портландцемент - 24,0-25,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г - 4,0-6,0
Указанная песчано-гравийная смесь - 48,0-54,0
Суперпластификатор C-3 - 0,35-0,85
Молотый кварцевый песок удельной поверхностью (3.5-4.0)·10³ см²/г - 6,5-8,5
Указанная комплексная добавка - 2,5-3,5
Вода - Остальное
бетонная композиция, включающая портландцемент, микрокремнезем, заполнители, суперпластификатор C-3, комплексную добавку и воду, содержит бездобавочный клинкерный портландцемент, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, в качестве заполнителей кварцевый песок фракции (1.25- 2.5) мм и вышеуказанную песчано-гравийную смесь, а также содержит суперпластификатор C-3 и комплексную добавку, являющуюся тонкодиспергированным продуктом совместного одновременного сухого измельчения до удельной поверхности (4.0-4.5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента с долей трехкальциевого алюмината C₃A в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1.5-2.5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора C-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24.0-25.5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г - 4.0-6.0
Кварцевый песок фракции 1.25-2.5 мм - 28.0-32.0
Указанная песчано-гравийная смесь - 26.5-28.5
Суперпластификатор C-3 - 0.35-0.85
Указанная комплексная добавка - 2.5-3.5
Вода - Остальное
Бетонная композиция, включающая портландцемент, микрокремнезем, кварцевый песок, суперпластификатор C-3. комплексную добавку и воду, содержит все названные компоненты, кроме песчано-гравийной смеси, как в вышеуказанном п. 3., и дополнительно содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3.5-4.0)·10³ см²/г, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24.0-25.5
Микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г - 4,0-6,0
Кварцевый песок фракции 1.25-2.5 мм - 48.0-54.0
Суперпластификатор C-3 - 0.35-0.85
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3.5-4.0)·10³ см²/г - 6,5-8,5
Комплексная добавка - 2.5-3.5
Вода - остальное
Бетонная композиция, включающая портландцемент, микрокремнезем, заполнитель, суперпластификатор C-3, комплексную добавку и воду, содержит в качестве заполнителя кварцевый песок фракции менее 0,14 мм, остальные - названные компоненты, кроме кварцевого песка фракции 1.25-2.5 мм, как и в вышеуказанном п.1. при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24.0-25.5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см³/г - 4.0-6.0
Кварцевый песок фракции менее 0,14 мм. - 38.0-44.0
Суперпластификатор C-3 - 0.35-0.85
Молотый кварцевый песок - 16.5-18.5
Комплексная добавка - 2.5-3.5
Вода - Остальное
Портландцемент - по ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 22206-76.

Для использования в качестве вяжущего в заявленной бетонной композиции предпочтительными являются портландцементы, имеющий минералогический состав клинкера, % по массе:
- алит C₃S (3CaO·SiO₂) - 58-62;
- белит C₂S (2CaO·SiO₂) - 10-20;
- алюминат трехкальциевый C₃A(3CaO·Al₂O₃) - 5-12;
- прочие алюминаты (до C₅A₃) - 0,5-0.7;
- алюмоферриты переменного состава от C₄AF (4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃) до C₈A₃F(8CaO₃·3Al₂O₃· Fe₂O₃)
Указанные цементы имеют химический состав. % по массе: CaO 60-72; SiO₂ 20-25; Al₂O₃ 3-10; Fe₂O₃ 0,5-5,0; MgO 0,3-4.0; SO₃ 0,1-2,0.

Удельный вес 3,24 - 3.35 г/см³ (в зависимости от дисперсности). Тонкость помола: количество зерен более 30 мкм - 30-40%, остальное - менее 30 мкм. Удельная поверхность (2,2- 4,5)·10³ см²/г зависит от помола и дисперсности.

Микрокремнезем конденсированный сухих отпускных форм - по ТУ 5743-048-02495332-96. НИИЖБ Минстроя РФ. М. 96, продукт отбора с рукавных или электрических фильтров тонкодисперсных частиц систем газоочистки производства кремнийсодержащих сплавов. Поставляется в трех отпускных формах по маркам: неуплотненный (МК-85, МК-65). уплотненный (МКУ-85, МКУ-65), суспензия (МКС-85), в которых цифра указывает минимально допустимое количество диоксида кремния SiO₂. По физико-химическим показателям соответствует следующим нормам:
- массовая доля микрокремнезема (в пересчете на сухой продукт) - не менее 90-97% (для суспензий 40%);
- массовая доля диоксида кремния - не менее 65-85% (в зависимости от марки);
- массовая доля остальных продуктов (суммарно Na₂O, K₂O, CaO, SO₃) - не более 5,6%;
- удельная поверхность - не менее 12·10³ см²/г;
- насыпная плотность сухих форм - 150-250 кг/м³ (неуплотненный), 280-500 кг/м³ (уплотненный);
- индекс активности - не менее 90-95%;
- плотность водной суспензии (пасты) - не менее 1280 кг/м³;
- pH водной суспензии 5%-ной - не менее 7.

Упаковка - в специализированные контейнеры или многослойные бумажные мешки соответствующих ТУ, поставка - вагонами или автотранспортом (суспензия - в цистернах или иных стальных емкостях).

Применяют согласно ГОСТ 10178-85 и указанных ТУ на микрокремнезем в сухом состоянии, либо в виде пасты с массовой концентрацией 40-70%.

Основное предназначение - высокоактивный минеральный наполнитель для приготовления бетонов высоких марок по прочности, водонепроницаемости и коррозионной стойкости. Производитель - завод "ТОО Микросил" (г. Челябинск).

Молотый кварцевый песок по ТУ 501-2-17-77 и ГОСТ 9077-82. Может иметь удельную поверхность до (6,0-6,2)·10³ см²/г. Плотность: удельная - 2.62 т/м³, насыпная - 0,93 т/м³. Химический состав %: SiO₂ - 96-98; Al₂O₃ - 0,7-0,8; Fe₂O₃ - 0.7-0.75; CaO - 0.5-0.55; MgO - 0.1 -0,15; SO₃ - 0,12-0,14; прочие - 0.06.

Кварцевый песок - по ГОСТ 8736-85 и ГОСТ 10268-80.

Химический состав, %: SiO₂; 65-95; Al₂O₃ + Fe₂O₃ 0,2-8;
Щелочей (в пересчете на Na₂O) - 0,5-4.1;
Сернистых и сернокислых примесей (в пересчете на SO₂) не более 2.

Фракционирование песка осуществляют по границам крупности зерен 0.63 мм и 1.25 мм.

Допустимое содержание частиц размером 0.10 мм в пределах 3-5% по массе. Допустимая влажность до 9% учитывается при корректировке расхода воды, содержащейся в композиции.

В зависимости от назначения и способа использования бетонной композиции допускается вместо кварцевого песка использовать в качестве заполнителя песчано-гравийную смесь по ГОСТ 23735-79 "Смеси песчано-гравийные. Технические условия", предпочтительно с размерами зерен песка и гравия 2-5 мм при соотношении массовых долей песка и гравия в смеси 1:(3-4) соответственно.

Суперпластификатор C-3 - по ТУ 6-36-0204229-625-90 "Пластификатор C-3. Технические условия", НИИЖБ Минстроя РФ, М.90 и в соответствии с "Рекомендациями по применению добавок СП в производство сборного и монолитного бетона и железобетона". НИИЖБ Госстроя СССР, М.87. Представляет собой химический продукт глубокой конденсации нафталинформальдегидных соединений и сульфокислот. Активным пластифицирующим компонентом, участвующим также в приросте плотности, прочности, морозостойкости и коррозионной стойкости, является смесь олигомеров и полимеров полиметиленполинафталинсульфонатов (не менее 69%); примесью, ухудшающей пластифицирующее действие C-3 и названные характеристики бетона, является мономер натриевой соли нафталинсульфокислоты (не более 3,5-10,5%).

Используют в виде водных растворов 20-40% концентрации, в количестве 0,35-0,85 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Формы поставки в виде сухого порошка, предпочтительно в мягких контейнерах, или в виде водного раствора 20-40% концентрации, плотностью от 1,09 до 1.2 г/см³ с содержанием сухого вещества от 0.22 до 0.48 кг/л раствора соответственно.

Комплексная добавка - высокодисперсная активная органо-минеральная смесь продуктов интенсивного сухого измельчения и диспергирования до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г одновременно клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с содержанием трехкальциевого алюмината C₃A 8-12% от массы цемента, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора C-3, взятых в соотношении цемент:песок:порошок СП соответственно 5:4:1.

Комплексную добавку получают путем интенсивного совместного сухого перемешивания и одновременно измельчения указанных компонентов в высокоскоростных турбулентных смесителях-активаторах типа СА 600/800 в течение 30-35 с при скорости вращения рабочего органа 800 об/мин, или в активаторах типа СБ-133 в течение 45-50 с при скорости вращения рабочего органа 550 об/мин.

Удельная плотность 2.55-2.65 г/см³. Оптимальное содержание в бетонной композиции 2.5-3,5% от массы ее цемента. Основное назначение комплексной добавки: снижение водопотребности, ускорение набора прочности в начальные сроки твердения, исключение деформаций усадки, усиление коррозионной стойкости, плотности и водонепроницаемости, снижение расхода суперпластификатора в композиции и марочности цемента без ухудшения свойств бетона.

Вода - по ГОСТ 2874-82 и ГОСТ 23732-79. Максимально допустимое содержание примесей не должно превышать, мг/л: растворимых солей - 5000, ионов SO₄^-2 - 2700, ионов хлора Cl^-1 - 1200, взвешенных частиц - 200.

Заявленную бетонную композицию готовят по технологии интенсивного раздельного перемешивания ее компонентов в скоростном турбулентном смесителе в определенной последовательности, при этом комплексную добавку вводят в смесь при окончательном перемешивании в низкоскоростном бетоносмесителе. Время между окончанием приготовления композиции и началом ее использования не должно превышать 40-45 мин.

Примеры выполнения изобретения иллюстрируются в табл. 1 (состав композиции) и в табл.2 (основные технико-экономические и эксплуатационные показатели).

Поставленная в изобретении цель достигается также и тем, что композиция является наполненной полидисперсной средой, в которой выполняются условия комплексного использования физико-химических свойств компонентов наряду с условиями раздельного (избирательного) действия какого-либо из этих свойств, в зависимости от периода существования (фазы) смеси.

Механизм реализации указанных условий заключается в следующих процессах, характерных для различных периодов гидратации:
а) в ненасыщенной жидкой фазе композиции (на дисперсном уровне) преобладают действия адгезионно-когезионных сил, вследствие которых подвижная дисперсная фаза цементной матрицы, наполнителей и добавок оптимально распределена в межзерновом объеме заполнителей. Это создает условия для эффективного формирования активными частицами вяжущего, наполнителей и добавок множественных структурообразующих центров гидратации, в зоне действия которых концентрируется максимально возможное количество реагирующих частиц, что обеспечивает в дальнейшем требуемую интенсивность гидратации.

Указанному распределению способствует также и оптимальные (расчетные) соотношения объемно-весовых долей различных частиц композиции как с соизмеримыми между собой размерами и дисперсностями, так и соотношения частиц, различающихся по дисперсностям и размерам на порядок и более.

б) в перенасыщенной жидкой фазе композиции (на микроструктурном уровне) преобладают процессы гелеобразования с интенсивным формированием первичных нестабильных твердых фаз кристаллизации, их агрегированием в более крупные объединенные структуры и последующими фазовыми (химическими и физическими) превращениями кристаллогидратов в устойчивые формы гидроксидов, гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроалюмоферритов и гидросульфоалюминатов кальция. При этом каждый элемент микроструктуры содержит указанные продукты синтеза в сложных объемно-пространственных и физических состояниях, обеспечивающих требуемое по изобретению качество бетона.

в) в последующие периоды физико-химических превращений (на уровне макроструктуры цементного камня) характерными являются менее интенсивные продолжающиеся процессы увеличения плотности, непроницаемости, прочности и других характеристик в основном за счет новых циклов гидратации, образования новых стабильных фаз кристаллогидратов и улучшения поровой структуры вследствие сокращения размеров и количества микрокапилляров и объемов условно-замкнутых пор.

Во всех вышеуказанных процессах существенным является замедленная начальная скорость твердения, обусловленная присутствием суперпластификатора C-3 гидрофильного типа. Для устранения такого явления композиция содержит различные высокоактивные наполнители, в том числе ультрадисперсные, и комплексную добавку, компоненты которых интенсивно участвуют в реакциях, ускоряют начальную гидратацию цементных зерен и последующие процессы синтеза продуктов гидратации, включая и реакции с нестабильными фазами гидроксидов, гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Это объясняется тем, что в периоды начальных процессов гидратации и определенное последующее время (до нескольких месяцев) мономинералы алюминатных фаз добавки C₃A и C₄AF по степени активности в воде затворения на 1-2 порядка выше активности мономинералов силикатных фаз композиции, в том числе алита C₃S и белита C₅S. Следствием этого является ускорение набора прочности в начальный период твердения, уплотнение структуры камня, снижение количества несвязанной (свободной) воды и нестабильных фаз гидроксидов кальция, что в целом улучшает конечные значения физических характеристик бетона, в т.ч. и его стойкость к агрессивным средам.

Вместе с тем, увеличение интенсивности гидратации и скорости твердения в начальный период не исключает явления возможного относительного повышения тепловыделения в объеме гидратирующей композиции, что может стать причиной последующих усадочных напряжений, трещинообразования, ухудшения поровой структуры и снижения плотности и прочности камня. Указанные нежелательные процессы устраняются тем, что имеющаяся в композиции комплексная добавка содержит активные тонкодиспергированные компоненты, среди которых высокоалюминатная составляющая добавки способствует дополнительному интенсивному образованию кристаллов гидросульфоалюминатов кальция, обеспечивающих за счет взаимодействия с кристаллами гидроксидов кальция и других продуктов реакций, а также за счет роста собственных кристаллов определенное объемно-линейное увеличение формируемой структуры камня. Указанное действие добавки достаточно для компенсации усадочных напряжений и определенного уплотнения твердеющего бетона. Кроме того, наличие в составе комплексной добавки незначительной части суперпластификатора C-3 повышенной дисперсности дополнительно снижает водопотребность смеси без ухудшения ее подвижности, а присутствие в добавке части молотого песка исключает нежелательные процессы флокуляции и обеспечивает лучшее диспергирование компонентов добавки. В сочетании с остальными процессами указанное действие комплексной добавки способствует также сохранению в течение более длительного времени процессов улучшения поровой структуры камня и связанных с нею улучшения показателей плотности, непроницаемости, прочности и долговечности бетона.

Регулирование свойств комплексной добавки, обеспечивающих вышеуказанные процессы, осуществляют выбором степени алюминатности и марочности цемента, входящего в добавку, требуемой дисперсностью и дозировкой компонентов, с учетом расчетного количества остальных компонентов композиции.

В зависимости от целей использования композиции предусматривают замену заявленного заполнителя на другие мелко- и среднезернистые заполнители.

В частности, в торкретбетонных работах допускается использование в качестве заполнителя кварцевого песка большей крупности зерен из заявленных фракций и/или песчано-гравийной смеси с размерами зерен 2-5 мм; в цементационных работах по способу глубинного нагнетания смеси пол давлением используют заявленный заполнитель меньшей крупности кварцевого песка; в остальных случаях, включая производство изделий с улучшенной формуемостью, используют бетонную композицию предложенного состава.

Заявленная композиция обеспечивает снижение водопотребности на 20-30%, экономию суперпластификатора на 10-12%. экономию цемента на 35-45%. сокращение продолжительности тепловлажностной обработки на 30-40% (соответственно экономию энергоресурсов) или полный отказ от тепловлажностной обработки без ухудшения технических и эксплуатационных характеристик бетона, повышение коррозийной, в т.ч. щелочной стойкости, высокую водонепроницаемость (не ниже W=20), снижение себестоимости единичного объема готовой композиции до 20-25% (соответственно продукции), а также обеспечивает ее использование в различных отраслях стройиндустрии с различными целями, в том числе в качестве конструкционного материала в строительстве, в торкретбетонных и цементационных (инъекционных) технологиях и других целях, заявленных в изобретении.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1760981, C 04 B 40/00, 1992.

2. Патент РФ N 2067534, B 28 B 19/00, C 04 B 28/04, 1996.

3. Патент РФ N 2067564 (прототип), C 04 B 28/04, 1996.

Формула изобретения

1. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов, торкретбетонных и цементационных работ, включающая портландцемент, микрокремнезем, кварцевый песок, суперпластификатор С-3, комплексную добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм и 1,25 - 2,50 мм и дополнительно молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г, а комплексная добавка является продуктом совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0 - 4,5)·10³см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8 - 12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5 - 2,5)·10³см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24,0 - 25,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г - 4,0 - 6,0
Кварцевый песок фракции менее 0,14 мм - 20,0 - 22,0
Кварцевый песок фракции 1,25 - 2,50 мм - 28,0 - 32,0
Суперпластификатор С-3 - 0,35 - 0,85
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г - 6,5 - 8,5
Указанная комплексная добавка - 2,5 - 3,5
Вода - Остальное
2. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, микрокремнезем, заполнитель, суперпластификатор С-3, комплексную добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г, в качестве заполнителя песчано-гравийную смесь с размерами зерен песка и гравия 2 - 5 м при соотношении массовых долей песка и гравия в смеси 1: (3 - 4) соответственно, в качестве комплексной добавки продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0 - 4,5)·10³см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8 - 12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5 - 2,5)·10³см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, дополнительно содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24,0 - 25,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г - 4,0 - 6,0
Указанная песчано-гравийная смесь - 48,0 - 54,0
Суперпластификатор С-3 - 0,35 - 0,85
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г - 6,5 - 8,5
Указанная комплексная добавка - 2,5 - 3,5
Вода - Остальное
3. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, микрокремнезем, заполнители, суперпластификатор С-3, комплексную добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г, в качестве заполнителей кварцевый песок фракции 1,25 - 2,50 мм и песчано-гравийную смесь с размерами зерен песка и гравия 2 - 5 мм при соотношении массовых долей песка и гравия в смеси 1:3 - 4 соответственно, в качестве комплексной добавки продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0 - 4,5)·10³см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8 - 12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5 - 2,5)·10³см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24,0 - 25,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г - 4,0 - 6,0
Кварцевый песок фракции 1,25 - 2,50 мм - 28,0 - 32,0
Указанная песчано-гравийная смесь - 26,5 - 28,5
Суперпластификатор С-3 - 0,35 - 0,85
Указанная комплексная добавка - 2,5 - 3,5
Вода - Остальное
4. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, микрокремнезем, кварцевый песок, суперпластификатор С-3, комплексную добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г, кварцевый песок фракции 1,25 - 2,50 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0 - 4,5)·10³см²/г клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с долей трехкальциевого алюмината в нем 8 - 12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью 1,5 - 2,5)·10³см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, дополнительно содержит молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24,0 - 25,5
Микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г - 4,0 - 6,0
Кварцевый песок фракции 1,25 - 2,50 мм - 48,0 - 54,0
Суперпластификатор С-3 - 0,35 - 0,85
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г - 6,5 - 8,5
Указанная комплексная добавка - 2,5 - 3,5
Вода - Остальное
5. Бетонная композиция, преимущественно для цементационных (инъекционных) работ, включающая портландцемент, микрокремнезем, кварцевый песок, суперпластификатор С-3, комплексную добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм и дополнительно молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г, а комплексная добавка является продуктом совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0 - 4,5)·10³см²/г, клинкерного алюминатного цемента марки "500" или "600" с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8 - 12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5 - 2,5)·10³см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Портландцемент - 24,0 - 25,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (15 - 25)·10³см²/г - 4,0 - 6,0
Кварцевый песок фракции мене 0,4 мм - 38,0 - 44,0
Суперпластификатор С-3 - 0,35 - 0,85
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5 - 4,0)·10³см²/г - 16,5 - 18,5
Указанная комплексная добавка - 2,5 - 3,5
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1