Способ определения состава сухой строительной смеси для бетона
Владельцы патента RU 2540426:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)
Изобретение относится к теоретическому и прикладному материаловедению и может быть использовано в различных областях науки и техники в целях создания новых и совершенствования известных методик создания сухих строительных смесей для бетона с заданными эксплуатационными свойствами. Сущность изобретения: предварительно подготовленные образцы с различным количеством наполнителя в высокодисперсном состоянии для сухой строительной смеси помещают в полую часть металлических шайб, расположенных на металлической пластине, уплотняют любым известным способом под постоянной нагрузкой до 5 МПа на 1 см2 поверхности образца в течение 10-15 секунд, затем наносят на поверхность каждого образца метки в виде капель раствора различной концентрации, измеряют углы смачивания образцов θ, строят график зависимости cosθ-1=f(1/σж), где σж - поверхностное натяжение жидкости, определяют тангенс угла наклона данной функциональной зависимости а для каждого образца различного состава, строят график зависимости а от количества компонентов смеси и по точке перелома графика зависимости определяют оптимальное содержание модификатора в испытуемом объекте. Достигаются сокращение количества испытаний и повышение точности подбора состава смеси. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам определения состава сухой строительной смеси для бетона с использованием наполнителя в высокодисперсном состоянии, который включает проведение технологических мероприятий для измерения свойств материала в целях повышения прочности и(или) других эксплуатационных характеристик бетона.
Оптимальное содержание наполнителя в составе сухой строительной смеси для бетона зачастую определяется экспериментальным путем.
Известен способ определения состава сухой строительной смеси для бетона посредством измерения подвижности растворной смеси [ГОСТ 31357-2007. Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Общие технические условия; ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний]. В соответствии с ГОСТ 5802-86 способ включает предварительный подбор состава, перемешивание исходных компонентов, приготовление растворной смеси и основан на зависимости подвижности строительной растворной смеси и величины глубины погружения стандартного металлического конуса относительно поверхности смеси. Данный способ является материалоемким, недостаточно точным и требует большого количества экспериментальных испытаний.
Известен способ определения расхода мелкого и крупного заполнителя в бетонной смеси по значениям насыпной плотности и средней плотности заполнителей и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя раствором [RU, патент 2014305, C04B 28/00, 1994]. Данный способ относится к способам оперативного управления приготовлением бетонной смеси, включающий подбор состава исходных компонентов, однако он отличается трудоемкостью, многоступенчатостью, включает большой объем экспериментальных испытаний и проверок, корректировок расчетов. Данный способ принят за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение количества экспериментальных испытаний и повышение точности подбора состава сухой строительной смеси для бетона.
Подготовка образцов осуществляется следующим образом. Проводятся подбор и перемешивание исходных основных компонентов сухой строительной смеси: заполнитель (песок), вяжущее (цемент), вода и дополнительных компонентов: наполнитель в высокодисперсном состоянии, модификатор и т.п. В данном конкретном случае в качестве исходного дополнительного компонента использовался наполнитель в высокодисперсном состоянии. Подготовленные образцы с различным количеством наполнителя в высокодисперсном состоянии для сухой строительной смеси помещают в полую часть металлических шайб, расположенных на металлической пластине, уплотняют любым известным способом под постоянной нагрузкой до 5 МПа на 1 см2 поверхности образца в течение 10-15 секунд.
Определение проводится следующим образом. Готовят растворы стандартной жидкости, в данном конкретном случае водно-спиртовые растворы этанола различных концентраций. На образец наносится капля смачивающей жидкости. По параметрам капли измеряют угол смачивания поверхности θ. Формулируют зависимость
cosθ-1=f(1/σж),
определяют тангенс угла наклона данной зависимости a для каждого образца различного состава. Строят график зависимости a для каждого образца и по точке перелома графика зависимости определяют оптимальное содержание наполнителя в испытуемом объекте.
Поверхностное натяжение стандартной жидкости σж устанавливают любым известным способом: методом Ребиндера, методом счета капель и т.д. [Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник/ А.А. Абрамзон, Л.Е. Боброва, Л.П. Зайченко и др. - Л.: Химия, 1984, 392 с., ил.]. В нашем случае использовался метод висящей капли, реализуемый на установке Easy Drop, предназначенной для измерения поверхностного натяжения, межфазного натяжения между двумя жидкостями, а также для измерения краевого угла смачивания между жидкостью и твердой поверхностью. Результаты измерений поверхностного натяжения жидкости различных водно-спиртовых растворов этанола приведены в таблице 1.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлено изображение капли, полученное путем подсвечивания с одной стороны, записи видеокамерой (цифровым фотографированием, наблюдением под микроскопом) и передачи на компьютер для определения угла смачивания поверхности испытуемого материала. В данном конкретном случае использовалась лабораторная установка Easy Drop, принцип измерения которой основан на подсвечивании капли с одной стороны подъемного столика. При помощи программного обеспечения DSA1 анализируется форма капли и определяется краевой угол. Рассчитывают косинус угла смачивания, строят график зависимости cosθ-1=(1/σж), определяют тангенс угла наклона данной зависимости а, производят аналогичные измерения и расчеты для всех испытуемых объектов с различным содержанием наполнителя. По полученным данным для разных процентных содержаний наполнителя в сухой строительной смеси строят функциональную зависимость a для каждого образца, и по точке перелома данного графика определяют оптимальное содержание компонентов испытуемого объекта (фиг.2).
Угол смачивания водно-спиртовых растворов различных концентраций определяют на установке Easy Drop на границе раздела фаз.
Поверхностное натяжение водно-спиртовых растворов определяют методом висячей капли. В испытаниях опытным путем были подобраны физические параметры капли, диаметр капилляра 1,821 мм. В таблице 1 представлены полученные результаты значений поверхностного натяжения водно-этанольных растворов σж. Все эксперименты проводились при 22±1°С.
| Таблица 1 | ||
| № п/п | Содержание воды, об.% | (σж±0,02)×103, Н/м |
| 1 | 4 | 24,74 |
| 2 | 10 | 26,61 |
| 3 | 20 | 27,34 |
| 4 | 30 | 28,11 |
| 5 | 40 | 28,42 |
| 6 | 50 | 31,31 |
По полученным значениям строят график функциональной зависимости
cosθ-1=f(1/σж).
Данная зависимость описывается уравнением прямой линии. Определяют тангенс угла наклона данной функциональной зависимости а.
Аналогичные экспериментальные испытания проводят для всех испытуемых объектов с различным содержанием наполнителя. Подготовка образцов проводится аналогично.
По полученным данным для разных процентных содержаний наполнителя в сухую строительную смесь строят зависимость a для каждого образца и по точке перелома данного графика определяют оптимальное содержание компонентов испытуемого объекта.
Применение способа определения оптимального состава сухой строительной смеси для бетона с наполнителем в высокодисперсном состоянии позволяет получить такой состав смеси, который повышает прочность образцов и(или) других эксплуатационных характеристик бетона, без проведения многочисленных, материалоемких и трудоемких экспериментальных испытаний.
1. Способ определения состава сухой строительной смеси для бетона, включающий подбор состава и перемешивание исходных компонентов смеси, отличающийся тем, что на поверхность испытуемого объекта наносят метки каплями жидкости, измеряют углы смачивания образцов θ, строят график функциональной зависимости
cosθ-1=f(1/σж), где σж - поверхностное натяжение жидкости, определяют тангенс угла наклона данной зависимости а, строят график зависимости а от количества компонентов смеси, и по точке перелома данного графика определяют оптимальное содержание компонентов испытуемого объекта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют водно-спиртовые растворы различных концентраций.
