Состав для приготовления бетона

Изобретение относится к составам для приготовления бетонов на портландцементном вяжущем и может быть использовано в производстве железобетонных конструкций, а также товарного бетона. Состав содержит: портландцемент, заполнитель, предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду и дополнительно добавку в количестве 0,003-0,007% от веса цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин. Технический результат - повышение прочностных показателей бетона, морозостойкости и водонепроницаемости, снижение энергетических затрат и времени приготовления бетона. 1 табл.

 

Введение

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам для приготовления бетонов на портландцементном вяжущем, например мелкозернистых, цементно-полимерных, и может быть использовано в производстве железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства, а также товарного бетона.

Уровень техники

Известны составы для приготовления бетона на основе портландцемента, содержащие также воду, различные заполнители и добавки для придания различных свойств.

Известен состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, Н.И.Соломина. Дериватографические исследования мелкозернистого бетона на механомагнитоактивированной воде затворения. Информационная среда вуза. Материалы XII Международной научно-технической конференции. ИГАСА. Иванове, 2005 г., стр.151). В качестве воды затворения используют воду, которую предварительно подвергают механической активации при частоте оборотов механоактиватора 3000 об/мин в течение 5 мин, после чего в ней при перемешивании растворяют добавку и на полученном водном растворе замешивают бетон.

Известен состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку С-3 (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, М.Л.Коркин, А.В.Стрельников. Применение механоактивации в технологии строительных материалов. Новые энергосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов. Сборник статей. Пенза, 2005 г., стр.188). При приготовлении этого состава в воде растворяют добавку С-3 в количестве 0,65-1% от массы вяжущего и полученный раствор подвергают механоактивации. Затем на этом механоактивированном растворе замешивают бетон.

Известен также состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (В.И.Классен. Омагничевание водных систем. - М.: Химия. 1978., стр.134). Для приготовлении этого состава воду подвергают воздействию магнитного поля постоянной напряженностью 65-184 кА/м при скорости водного потока от 0,65 до 1,0 м/с. Затем в обработанную таким образом воду вводят добавки и на полученном растворе замешивают бетон.

Известен также состав для приготовления бетона, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (В.И.Классен. Омагничевание водных систем. - М.: Химия. 1978., стр.139). Для приготовления этого состава в воде растворяют добавку сульфитоспиртовую бражку и полученный раствор подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 140 кА/м. Затем обработанный таким образом раствор используют в качестве воды затворения при замешивании бетона.

Однако для этих составов общими недостатками являются большие энергозатраты, расход химических добавок и низкие прочностные показатели.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является состав для приготовления бетона на основе портландцемента, содержащий портландцемент, заполнитель и воду (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, Н.И.Соломина. Дериватографические исследования мелкозернистого бетона на механомагнитоактивированной воде затворения. Информационная среда вуза. Материалы XII Международной научно-технической конференции. ИГАСА. Иваново, 2005 г., стр.151). Для приготовлении этого состава воду подвергают обработке в механомагнитоактиваторе в течение 5 мин при частоте оборотов механомагнитоактиватора 3000 об/мин. Затем в эту воду при перемешивании вводят добавку и полученный раствор используют для замешивания бетона.

Однако велики затраты электроэнергии на механическую активацию в течение 5 мин. При этом прочностные показатели недостаточно высокие. Так, кубиковая прочность на сжатие мелкозернистого бетона разных составов через 28 суток нормального твердения не превышает 26,5 МПа, а на изгиб не выше 4,8 МПа.

Таким образом, не известен состав для приготовления бетона на основе портландцемента, включающий также механомагнитоактивированную воду и заполнитель, который позволил бы повысить прочностные показатели при существенном уменьшении энергетических затрат.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в поиске состава для приготовления бетона на основе портландцемента, включающего портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, который позволил бы снизить энергозатраты при одновременном повышении прочностных показателей изделий из этого бетона.

Поставленная задача решена составом для приготовления бетона на основе портландцемента, включающим портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, который дополнительно содержит добавку в количестве 0,003-0,007% от веса цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- существенно снизить (не менее чем на 40%) энергетические затраты за счет резкого сокращения времени механомагнитной активации, несмотря на несколько более высокие обороты активатора;

- повысить прочностные показатели. Так, прочность на сжатие (R_сж) через 28 суток нормального твердения мелкозернистого бетона составляет 35,3-64,4 МПа, а на изгиб (R_изг) - 6,0-9,5 МПа.

К тому же изобретение позволяет получить следующие преимущества.

1. Резкое, более чем в 100 раз сокращение расхода добавок по сравнению с общепринятым по ГОСТ и ТУ. Это позволяет в свою очередь:

а) использовать для затворения бетона различные добавки, ранее неприменяемые из-за их нерастворимости в воде, поскольку изобретение позволяет получить устойчивую нанодисперсную систему из воды и этих добавок;

б) получать устойчивые водные суспензии с различными концентрациями модификаторов для затворения бетона;

в) не допустить отрицательное воздействие химических добавок на свойства бетона за счет их малой концентрации в его составе, например, повысить коррозионную стойкость при введении добавок, содержащих хлор;

г) снизить себестоимость продукции из бетона на основе портландцемента на 18%.

2. Снизить расход цемента на 10-15% с сохранением прочности.

3. Повысить подвижность бетонной смеси на 1-2 ступени.

4. Повысить качество смеси (снизить водоотделение, расслаиваемость, повысить связанность, перекачиваемость).

5. Повысить морозостойкость бетона на 1-2 ступени.

6. Повысить водонепроницаемость бетона на 1-3 ступени.

7. Сократить суммарное время технологических циклов при изготовлении железобетонных изделий, включая тепловлажностную обработку (ТВО) от 1,0 часа до 1,5 часов и, тем самым, сократить энергозатраты.

8. Уменьшить в целом себестоимость товарного бетона и железобетонных конструкций с учетом уменьшения энергетических затрат не менее чем на 25%.

Сведения подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для приготовления состава обычных (мелкозернистого, тяжелого) бетонов различных классов и назначения используют следующее.

1. Портландцемент без добавок по ГОСТ 10178.

2. Заполнитель:

в качестве крупного заполнителя:

- щебень из природного камня по ГОСТ 8267;

- щебень из гравия по ГОСТ 10260;

- гравий по ГОСТ 8268;

в качестве мелкого заполнителя:

- природный песок и песок из отсевов дробления и их смеси по ГОСТ 8736.

3. Вода затворения бетонной смеси и приготовления растворов добавок по ГОСТ 23732.

4. Добавки: неорганические и органические химические соединения и полимеры, взятые как по отдельности, так и в смеси друг с другом по ГОСТ 24211, ГОСТ 30459 и ТУ в микродозах (от 0,003% до 0,007% относительно массы цемента).

Состав обычного бетона средней плотности 2200-2500 кг/м³ подбирают по ГОСТ 27007 с учетом влажности заполнителей.

Минимальный расход цемента принимают по ГОСТ 22266.

Требуемое значение водоцементного отношения В/Ц:

- 0,30-0,35 - для бетона на мелком заполнителе;

- 0,40-0,44 - для бетона на крупном заполнителе. Необходимым условием является предварительная совместная обработка расчетного объема воды затворения с добавкой или добавками в механомагнитоактиваторе с последующим транспортированием ее в бетоносмеситель.

Оптимальный режим активации, при котором достигается наилучший эффект, для каждого варианта применяемых добавок определяется индивидуально в пределах заявленных режимов:

- скорость вращения ротора с рабочими насадками регулируется в диапазоне от 3600 до 5600 оборотов в минуту;

- напряженность магнитного поля от 140 до 170 кА/м;

- продолжительность активации от 0,3 до 0,9 минут.

Технология приготовления бетона в лабораторных условиях заключается в следующем.

Сыпучие исходные материалы бетонной смеси, а именно портландцемент и заполнители, дозируют по массе, загружают в смеситель принудительного действия и тщательно перемешивают. Воду с химической добавкой или добавками определенной концентрации заливают в механомагнитоактиватор и подвергают активации при заявленных режимах обработки. В зависимости от вида применяемых индивидуальных и комплексных добавок получают механомагнитоактивированный раствор, или дисперсию, или суспензию. Затем расчетное количество этой массы подают в смеситель для затворения сухих компонентов бетонной смеси и перемешивают.

Полученную бетонную смесь используют для изготовления опытных образцов и для исследования ее реологических свойств.

Для изготовления опытных образцов бетонную смесь заливают в стандартные формы и после ее уплотнения на лабораторной виброплощадке типа СМЖ-739, помещают их в среду для нормального твердения в естественных условиях.

По истечении 28 суток, проводят испытание образцов на определение показателей качества бетона.

Прочность на сжатие и на растяжение при изгибе определяют по ГОСТ 10180; ГОСТ 17624.

Морозостойкость определяют по ГОСТ 10060.2.

Водопоглощение по массе по ГОСТ 12730.3.

Водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5.

Исследование бетонной смеси на удобоукладываемость проводят по ГОСТ 10181.1.

Составы и качественные показатели бетонов, полученных при различных режимах механомагнитной активации воды с разными добавками, приведены таблице.

Качественные показатели образцов бетона, приготовленных из заявленного состава Таблица
№Состава	Проектный класс бетона	Цемент, кг/м3	Заполнитель, кг/м3	Вода, кг/м3	Добавка	Время обработки, мин	Скорость вращения ротора активатора, об/мин	Напряженность магнитного поля, кА/м	Осадка конуса, (ОК), см	Прочность на сжатие, МПа	Прочность на осевое растяжение, МПа, в возрасте 28 суток	Прочность на изгиб, МПа, в разрасте 28 суток	Марка бетона по водонепроницаемости (W)	Марка бетона по морозостойкости, (F)
Марка	Количество	Мелкий (кварц. Песок, Мкр1,5-2,8)	Крупный (щебень, гравий) Мкр5,0-20,0	Наименование (условная марка)*	Дозировка, % от веса цемента
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
l	В20	400	490	1440	-	175	С-3	0,004	0,3	3600	140	8,0	35,3	0,8	6,5	6	150
2	В40	500	535	1610	-	165	лет	0,003	0,6	4500	170	7,0	58,8	0,9	6,8	6	200
3	В20	400	314	794	1200	110	ЛСТ	0,003	0,4	4600	140	3,0	38,4	1,1	6,2	8	200
4	В20	500	270	675	1035	100	«Реламикс»	0,004	0,4	5600	140	5,0	33,5	1,3	6,3	10	300
5	В20	500	270	675	1035	110	«Полипласт»	0,004	0,7	5600	140	6,0	36,5	1,6	6,6	10	300
6	В40	500	540	1610	-	180	Хлорид натрия	0,003	0,9	5600	170	6,0	50,8	0,8	6,1	4	200

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
7	В20	400	314	794	1200	95	С-3+ЛСТ	0,002+0,003	0,3	4600	170	9,0	36,5	1,1	6,4	8	400
8	В20	400	310	794	1200	105	ЛСТ+ГКЖ-10	0,003+0,003	0,4	5600	140	9,0	34,7	1,3	6,2	10	400
9	В20	400	495	1440	-	190	Карбамид	0,004	0,8	5600	170	6,0	32,2	1,0	8,4	12	500
10	В40	500	526	1640	-	175	«Универсал-П-2»	0,007	0,5	5600	150	7,0	57,5	1,5	8,9	10	400
11	В40	500	530	1610	-	170	Оксид железа	0,003	0,9	5600	170	6,0	54,5	1.3	7,2	8	400
12	В40	500	520	1620	-	185	Фуллерен С60	0,005	0,9	5600	170	6,0	61,2	2,1	8,2	12	600
13	В40	500	515	1640	-	160	Фуллерен С60+С-3	0,001+0,005	0,9	5600	170	8,0	64,4	2,4	9,5	14	800
14**	В40	500	540	1635	-	190	-	-	5,0	3500	140	3,0	44,6	0,4	5,0	4	100
15**	В20	400	314	794	1200	145	-	-	5,0	3500	140	2,0	26,5	0,6	4,8	6	200
Примечания: *С-3 ТУ6-36-020429-635; ЛСТ ТУ13-0281036-05; МЦ ТУ6-05-1857; «Реламикс» комплексная добавка ТУ5870-002-14153664; «Полипласт» комплексная добавка ТУ5870-005-58042865-05; Хлорид натрия ТУ 6-13-14; Карбамид ГОСТ 2081; Фулерен С60 - наноразмерные частицы углерода (графит); «Унивесал-П-2» ТУ 5870-119-46854090-01; ГКЖ 10 ТУ 6-02-696; Оксид железа (F2О3) - ГОСТ 4173. ** прототип

Состав для приготовления бетона на основе портландцемента, включающий портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку в количестве 0,003-0,007 вес.% цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин.