Бетонная смесь
Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, а так же для устройства верхних и нижних слоев дорожного покрытия и их последующем ремонте. Бетонная смесь включает цемент, активированную золу ТЭЦ, песок, крупный заполнитель и воду. Бетонная смесь дополнительно содержит мелкую фракцию до 3 мм и крупную фракцию от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята, при следующем соотношении компонентов в материале, мас.ч.:
Технический результат - повышение прочности и качества бетона. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, а так же для устройства верхних и нижних слоев дорожного покрытия и их последующем ремонте.
В истории развития автомобильных дорог наступил момент, когда старые, то есть традиционно используемые асфальтобетонные покрытия, применяемые с XIX века, уже не соответствуют современным требованиям из-за возросших нагрузок на ось транспортных средств, а новых дорожных покрытий, отвечающих всем требованиям современного этапа развития автопромышленного комплекса, нет.
В настоящее время на существующих автомобильных дорогах Российской Федерации сложилась ситуация, когда конструкции дорожных одежд не отвечают требованиям по долговечности и несущей способности. Автомобильные дороги по своим транспортно-эксплуатационным характеристикам рассчитаны на нагрузку 6-10 тонн на ось, что не соответствует постоянно растущей интенсивности движения, грузонапряженности перевозок, появлению новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на ось 11-13 тонн. Все это приводит к быстрому разрушению асфальтобетонных покрытий, колееобразованию. При этом приходится чаще ремонтировать покрытия, межремонтные сроки сокращаются, что приводит к увеличению затрат на содержание и последующий ремонт дорожных одежд.
Одним из путей получения качественного покрытия является применение бетонной смеси с использованием отходов промышленного производства. Поэтому применение особо жестких смесей является более целесообразным, по сравнению с традиционными бетонными смесями, из-за меньшего расхода цемента. В наибольшей степени этим требованиям отвечает укатываемый бетон.
Известна бетонная смесь (RU патент №2123989), применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковой смеси, комплексной водопонижающей добавки, смеси ионов, хелатолигантов, водного раствора крепителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 27,0-41,0 |
| Золошлаковая смесь | 50,0-58,0 |
| Комплексная водопонижающая добавка | 0,5-2,5 |
| Смесь ионов | 0,01-0,42 |
| Хелатолиганты | 0,01-0,25 |
| Водный раствор крепителя | 1,5-5,0 |
| Остаточная вода затворения | Остальное |
Известна бетонная смесь (RU патент №2311236, применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковых отходов мусоросжигания, заполнителей, добавки - модификаторов, добавки - детоксикантов и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 20-25 |
| Золошлаковые отходы мусоросжигания | 40,0-60,0 |
| Заполнитель | 0-30 |
| Добавка-модификатор | 0,02-0,075 |
| Добавка детоксикант | 0,01-0,25 |
| Вода | Остальное |
Недостатком указанных смесей является большое количество входящих компонентов в состав бетонной смеси, что ведет к сложности приготовления изделия и использованию более дорогой марки портландцемента М500, что приводит к ее значительному удорожанию.
Наиболее близким по технической сущности является бетонная смесь (RU патент №2351563), представляющая собой смесь цемента, золы гидроудаления, песка, крупного заполнителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Цемент | 270-340 |
| Зола гидроудаления | 60-130 |
| Песок | 510 |
| Крупный заполнитель | 1260 |
| Вода | 200 |
Недостатком указанной бетонной смеси является большой разбег приделов у цемента и золы гидроудаления, что влияет на количество мелкого (песок) и крупного заполнителя. В рецепте прототипа используется большое количество воды, что уменьшает жесткость бетона, а следовательно, не может применяться в качестве укатываемого бетона для дорожных покрытий. Кроме того, использование более дорогой марки портландцемента М500 и большое количество крупного природного заполнителя приводит к значительному удорожанию бетонной смеси.
В результатах проведенных исследований прототипа не указана плотность и морозостойкость бетона, что ставит под сомнение использование его в качестве укатываемого бетона согласно ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.
Для устранения указанных недостатков предлагается бетонная смесь, состоящая из цемента, золы уноса, песка, крупного заполнителя, мелкого фракции до 3 мм и крупного фракции от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята (АГ), воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Цемент | 356 |
| Зола уноса | 89 |
| Песок | 561 |
| Крупный заполнитель | 685 |
| АГ (мелкий) | 50 |
| АГ (крупный) | 468 |
| Вода | 180 |
Предпочтительно использование золы уноса ТЭЦ-6, г.Братска следующего состава:
| Содержание элементов в расчете на оксиды | Нормативный документ на метод испытания | Величина, % |
| Потери при прокаливании | ГОСТ 11022-95 | Не более 5 |
| SiO2 | ГОСТ 10538-87 | 45.1-52.7 |
| TiO2 | ГОСТ 10538-87 | 0.3-0.4 |
| Al2O3 | ГОСТ 10538-87 | 6.5-11.4 |
| Fe2O3 | ГОСТ 10538-87 | 17.2-9.0 |
| CaO | ГОСТ 10538-87 | 24.5-12.5 |
| MgO | ГОСТ 10538-87 | 5.2-7.2 |
| SiO2 | ГОСТ 10538-87 | 45.1-52.7 |
| K2O | Методика №30-07 | 0.2-0.1 |
| Na2O | СО 34.37.528-94 | 0.5-0.4 |
| SO3 | ГОСТ 10538-87 | 3.40-0.56 |
| CaO св | ГОСТ 23227-78 | Не более 10 |
Перед применением золы уноса она подвергалась активированию на шаровой мельнице. Активация золы проходила в течение 20 минут.
В качестве цемента в примерах выполнения использован активированный портландцемент М400 Ангарского цементного завода, в качестве песка применялся песок из отсева дробления речного ПГС, в качестве крупного заполнителя щебеня применялся щебень после дробления речного ПГС фракции 5-20 мм.
Получение асфальтобетонного гранулята из фрезерованного материала осуществляют на стационарных, самоходных и передвижных дробилках, куда его доставляют для дробления до требуемых размеров с последующей разгрохоткой по фракциям. Для этого используют в основном дробилки щекового и роторного типа. Дробление необходимо производить при пониженных температурах воздуха.
В качестве пластифицирующей добавки использовали промышленный суперпластификатор С-3.
Ускорители твердения и воздухововлекающие добавки не применялись.
Способ приготовления бетонной смеси:
Разбивают все заполнители на три равные части и приступают к приготовлению бетонной смеси:
1. перемешивают часть песка с частью мелкого АГ;
2. добавляют часть щебня, перемешивают;
3. добавляют часть крупного АГ, перемешивают;
4. добавляют золу уноса, перемешивают;
5. добавляют цемент, перемешивают;
6. весь процесс повторяют с добавлением оставшихся двух частей, после чего добавляют также тремя частями воду;
7. в заключение добавляют пластифицирующую добавку.
Результаты проведенных испытаний представлены в таблице:
| Компоненты бетонной смеси и свойства бетона | Еденица измерения | Соотношение компонентов бетонной смеси по составам | ||
| 1 | 2 | 1 | ||
| Цемент | кг/м3 | 356 | 356 | 356 |
| Зола уноса | кг/м3 | 89 | 89 | 89 |
| Песок | кг/м3 | 428 | 428 | 561 |
| Крупный заполнитель | кг/м3 | 685 | 685 | 685 |
| АГ (мелкий) | кг/м3 | 184 | 184 | 50 |
| АГ (крупный) | кг/м3 | 457 | 457 | 468 |
| Вода | кг/м3 | 200 | 190 | 180 |
| Пластификатор С-3 (от массы цемента) | % | - | 0,6 | 0,6 |
| Плотность | кг/м3 | 2248 | 2248 | 2308 |
| Прочность (класс бетона) | МПа | В15 | В20 | В25 |
| Морозостойкость | цикл | F 50 | F 75 | F 100 |
| Подвижность (осадка конуса) | см | 1,5 | 1,5 | 0,6 |
| В соответствии с ГОСТ 10181.1-81; ГОСТ 10181-2000; ГОСТ 10060.0-95 | нет | да | да |
Сравнивая состав бетонной смеси по прототипу и предлагаемый состав бетонной смеси с добавлением золы уноса и новой композитной составляющей отходов дорожного производства - асфальтобетонного гранулята, себестоимость предлагаемой смеси значительно ниже чем у прототипа при сохранении всех требований ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.
Кроме того, следует отметить что применение такой бетонной смеси требует незначительной энергоемкости, обеспечивается меньшая усадка, увеличивается расстояние между деформационными швами, а главное, сокращается срок строительства.
1. Бетонная смесь, включающая цемент, активированную золу ТЭЦ, песок, крупный заполнитель и воду, отличающаяся тем, что используют золу уноса, при этом бетонная смесь дополнительно содержит мелкую фракцию до 3 мм и крупную фракцию от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята при следующем соотношении компонентов в материале мас.ч.:
| Цемент | 356 |
| Зола уноса | 89 |
| Песок | 561 |
| Крупный заполнитель | 685 |
| Асфальтобетонный гранулят (мелкая ф. до 3 мм) | 50 |
| Асфальтобетонный гранулят (крупная ф. 5 мм-20 мм) | 468 |
| Вода | 180 |
2. Бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что используют золу уноса Братской ТЭЦ следующего состава, мас.%:
| Содержание элементов в расчете на оксиды | Величина, % |
| Потери при прокаливании | He более 5 |
| SiO2 | 45,1-52,7 |
| ТiO2 | 0,3-0,4 |
| Аl2O3 | 6,5-11,4 |
| Fe2O3 | 17,2-9,0 |
| CaO | 24,5-12,5 |
| MgO | 5,2-7,2 |
| SiO2 | 45,1-52,7 |
| K2O | 0,2-0,1 |
| Na2O | 0,5-0,4 |
| SO3 | 3,40-0,56 |
| СаО св | He более 10 |
