Бетонная смесь

Изобретение относится к строительству, в частности к составу бетонной смеси и может быть использовано для монолитного бетонирования защитных сооружений, подвергаемых ударным нагрузкам. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н 11,3-13,2, кварцевый песок 63-71, гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты 0,5-0,8, кварцевую муку 2-3, отсев дробления доломита 2,5-3,5, аморфизированный диоксид кремния, полученный гидролизом с последующим прокаливанием при температуре 600°С рисовой соломы, 6-8, воду - остальное. При приготовлении бетонной смеси кварцевую муку, отсев дробления доломита, аморфизированный диоксид кремния подвергают совместному помолу с указанным портландцементом и указанным гиперпластификатором до удельной поверхности 530-580 м²/кг. Технический результат – повышение ударной вязкости, прочности при сжатии, снижение паропроницаемости бетона. 2 табл.

 

Изобретение относится к строительству и, в частности, к составам бетонных смесей с повышенной ударной вязкостью и может быть использовано для монолитного бетонирования защитных сооружений, подверженных ударным нагрузкам.

Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного-стекловидного кремнезема не менее 75-80%, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок, крупностью до 5 мм, щебень из горных пород с маркой по дробимости 800-1400 и воду, дополнительно содержит молотый кварцевый песок или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)⋅10³ см²/г и очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм при следующем содержании компонентов, кг на 1 м³ бетонной смеси: портландцемент марки не ниже М500 150-300, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, % от массы цемента в пересчете на сухое вещество 0,5-1,5, микрокремнезем, % от массы цемента 10-15, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок 400-550, щебень из указанных горных пород 800-850, молотый кварцевый песок или каменная мука 150-290, очень мелкий кварцевый песок 40-500, вода 140-170 (Патент РФ № 2435746, 2009 г.).

Недостатком представленного аналога является низкая ударная вязкость бетона, полученного в результате твердения бетонной смеси.

Известна бетонная смесь, которая включает, мас.%: портландцемент - 25-28, щебень - 20-22, песок - 18-20, молибденосодержащие отходы - 8-10, послеспиртовая барда - 20-29 (Патент РФ № 2525078, 2013 г.).

Недостатком данной бетонной смеси является низкая удобоукладываемость.

Прототипом заявляемого решения является бетонная смесь, которая включает портландцемент, щебень гранитный, песок кварцевый, микронаполнитель, суперпластификатор на основе поликарбоксилатов и воду. При этом в нее дополнительно вводят золу-унос ТЭЦ, микронаполнитель - молотый известняк МП-1, а в качестве суперпластификатора на основе поликарбоксилатов MC-RowerFlow 2695, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 8-10, молотый известняк МП-1 6-8, зола-унос ТЭЦ 3-6, песок кварцевый с модулем крупности Мк=1,9 30-40, щебень гранитный фракции 3-10 мм 15-18, щебень гранитный фракции 5-20 мм 14-16, суперпластификатор на основе поликарбоксилатов MC-RowerFlow 2695 0,0015-0,003, вода - остальное (Патент РФ № 2525565, 2013 г.).

Недостатком прототипа является низкая ударная вязкость бетона, полученного в результате твердения бетонной смеси.

Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости, статической прочности на осевое сжатие, а также снижение паропроницаемости бетона, полученного из затвердевшей бетонной смеси по заявляемому решению.

Технический результат достигается за счет того, что бетонная смесь, содержащая портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н, комплексный наполнитель, кварцевый песок, гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты и воду, в качестве комплексного наполнителя содержит смесь из кварцевой муки, отсева дробления доломита и аморфизированного диоксида кремния, полученного гидролизом с последующим прокаливанием при температуре 600^оС рисовой соломы, совместно измельченную с указанным портландцементом и указанным гиперпластификатором до удельной поверхности 530-580 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Η 11,3-13,2, указанный аморфизированный диоксид кремния 6-8, указанная кварцевая мука 2-3, указанный отсев дробления доломита 2,5-3,5, кварцевый песок 63-71, гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты 0,5-0,8, вода - остальное.

Обоснование пределов компонентов в заявляемом составе бетонной смеси.

Бетонная смесь содержит портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 Η в количестве, в мас.% - 11,3-13,2. Если в состав бетонной смеси ввести портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 Η в количестве, в мас.% - меньше 11,3, то прочностные характеристики будут ниже планируемых из-за недостатка гидравлического вяжущего. Если в состав бетонной смеси ввести портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 Η в количестве, в мас.% - больше 13,2, то в процессе твердения и набора прочности в цементном камне возможно образование повышенных внутренний напряжений твердения. Это может служить причиной образования микротрещин с последующим снижением ударной вязкости бетона, полученного из затвердевшей бетонной смеси по заявляемому решению.

Бетонная смесь содержит диоксид кремния в количестве, в мас.% - 6-8. Одним из важнейших свойств указанной добавки является ее способность к уплотнению микроструктуры цементной пасты, а также к развитию в смеси пуццолановой реакции. Если количество диоксида кремния в составе бетонной смеси будет меньше нижнего значения по заявляемому решению, то уплотнение микроструктуры цементной пасты будет недостаточно для получения бетона с высокими свойствами ударной вязкости. Если количество диоксида кремния с аморфизированной структурой будет больше верхнего уровня по заявляемому решению, то проходящие щелочные реакции могут привести к коррозии бетона.

Бетонная смесь содержит кварцевую муку в количестве, в мас.% - 2-3. Указанная минеральная добавка предназначена для повышения плотности бетона. Если бетонная смесь будет содержать кварцевую муку в количестве, меньше, чем нижний предел по заявляемому решению, то вследствие низкого водопотребления будет существенно снижена ударная вязкость бетона. Если количество кварцевой муки в бетонной смеси будет больше, чем в заявляемом решении, то вследствие высокой степени заполнения пор бетонного камня возникнут внутренние напряжения твердения бетонной смеси, образование микротрещин цементного камня, что приведет к снижению ударной вязкости бетона.

Бетонная смесь содержит отсев дробления доломита в количестве, в мас.% - 2,5-3,5. Отсев доломита необходим для сбалансированной композиции бетонной смеси по зерновому составу. Если бетонная смесь содержит отсев дробления доломита в меньшем количестве, чем в заявляемом решении, то невозможно получить требуемую плотность бетона после твердения бетонной смеси вследствие образования микропор, которые из-за гидрофобности материала будут заполнены свободной водой, отвлеченной от гидратации портландцемента. Если бетонная смесь содержит отсев дробления доломита в большем количестве, чем в заявляемом решении, то также невозможно получить требуемую плотность бетона после твердения бетонной смеси вследствие невозможности получения сбалансированного гранулометрического состава и большой вероятности расслоения. Расслоение приведет к снижению ударной вязкости бетона.

Бетонная смесь содержит кварцевый песок в количестве, в мас.% - 63-71. Кварцевый песок как мелкий заполнитель предназначен для заполнения пор между крупным заполнителем для создания плотной композиции материала. Использование кварцевого песка в количестве, меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к образованию пор и пустот в бетоне после твердения бетонной смеси, что непосредственно связано со снижением его ударной вязкости. Если бетонная смесь содержит кварцевый песок в большем количестве, чем в заявляемом решении, то снижение прочности бетона на сжатие приведет к снижению его ударной вязкости из-за значительного расслоения при укладке.

Бетонная смесь содержит гиперпластификатор в количестве, в мас.% - 0,5-0,8. Применение гиперпластификатора в количестве, меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к образованию расслоения бетонной смеси при укладке из-за ее недостаточной подвижности, что определит снижение ударной вязкости полученного бетона. Если бетонная смесь содержит гиперпластификатор в большем количестве, чем в заявляемом решении, то прочность бетона на сжатие будет ниже расчетной, что является негативным фактором.

Бетонная смесь содержит воду, которая необходима для реакции гидратации. Количество воды подбирают с учетом дозировок представленных компонентов, а также с учетом необходимости обеспечения требуемого водоцементного отношения.

Отличительные признаки заявляемого решения состава бетонной смеси позволяют решать следующие функциональные задачи.

Признак, указывающий на применение гиперпластификатора на основе полиакриловой кислоты, позволяет максимально обеспечить пластичность смеси с учетом комплексного влияния ее компонентов.

Признак, указывающий, что диоксид кремния получен гидролизом с последующим прокаливанием рисовой соломы, позволяет получить диоксид кремния чистотой 96-99% с аморфизированной структурой.

Признак, указывающий, что «портландцемент, комплексный наполнитель и гиперпластификатор подвергаются совместному помолу в вибрационной мельнице до площади удельной поверхности 530-580 м²/кг позволяет обеспечить механохимическую активацию вяжущего.

Признак, указывающий подбор компонентов, позволяет управлять структурообразованием, уплотняя и упрочняя бетонную матрицу.

Признаки, указывающие на соотношение масс компонентов бетонной смеси, направлены на сбалансирование состава бетонной смеси, а также на достижение технического результата.

Изобретение поясняется таблицами: Таблица 1 - Компоненты бетонной смеси по заявляемому решению, Таблица 2 - Сравнительные физико-механические характеристики бетона, полученного в результате твердения и набора прочности бетонной смеси (в возрасте 28 суток) по заявляемому техническому решению и прототипа.

Процесс приготовления бетонной смеси включает три этапа:

1. Рисовую солому подвергают гидролизу соляной кислотой в течение одного часа, а затем прокаливают в муфельной печи при температуре 600°С до получения постоянной массы.

2. Портландцемент, диоксид кремния, кварцевую муку, отсев дробления доломита и гиперпластификатор подвергают совместному помолу в вибрационной мельнице до площади удельной поверхности 530-580 м²/кг.

3. Затем к данной смеси добавляют кварцевый песок, воду и перемешивают до получения однородной массы бетонной смеси.

Приготовление бетонной смеси по заявляемому решению в указанной последовательности позволяет обеспечить регулирование структурообразования и гомогенизации композитной системы, а также получить заявляемый технический результат.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения с существенными признаками прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Совокупность признаков по заявляемому решению бетонной смеси позволяет существенно улучшить физико-механические характеристики и существенно повысить ударную вязкость получаемого бетона.

Бетонная смесь

Таблица 1

Компоненты бетонной смеси по заявляемому решению.

Наименование компонентов	Назначение в составе бетонной смеси	мас.%:	Нормативный документ
Портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 H	Гидравлическое вяжущее	11,3 - 13,2	ГОСТ 10178-85
Диоксид кремния	Регулирование структурообразования	6 - 8	ГОСТ 56196-2014
Кварцевая мука	Уплотнение структуры	2 - 3	ГОСТ 8736-2014
Отсев дробления доломита	Создание центров кристаллизации новообразований	2,5 - 3,5	ГОСТ 51569-2000
Кварцевый песок	Мелкий заполнитель	63 - 71	ГОСТ 8736-2014
Гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты	Пластифицирующий химический модификатор	0,5 - 0,8	ГОСТ 24211-2008
Вода	Затворение вяжущего	остальное	ГОСТ 23732-2011

Таблица 2

Сравнительные физико-механические характеристики бетона, полученного в результате твердения и набора прочности бетонной смеси (в возрасте 28 суток) по заявляемому техническому решению и прототипу.

Номер варианта смеси	Компоненты бетонной смеси, мас.%:	Коэффициент ударной вязкости	Коэффициент паропроницаемости, мг/(м-ч-Па)
Портландцемент	Диоксид кремния	Кварцевая мука	Отсев дробления доломита	Гиперпластификатор	Кварцевый песок	Вода	Предел прочности при сжатии, МПа
1	11,3	8	2	3,5	0,5	63	11,7	68,90	18	0,028
2	11,9	7,5	2,2	3,3	0,55	65	9,55	71,31	27	0,027
3	12,3	7	2,6	3	0,65	67	7,45	73,76	33	0,027
4	12,7	6,5	2,8	2,8	0,73	69	5,47	72,09	28	0,027
5	13,2	6	3	2,5	0,8	68	6,5	70,97	19	0,028
	Прототип	66,98	5	0,031

Бетонная смесь, содержащая портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н, комплексный наполнитель, кварцевый песок, гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты и воду, отличающаяся тем, что в качестве комплексного наполнителя используют смесь из кварцевой муки, отсева дробления доломита и аморфизированного диоксида кремния, полученного гидролизом с последующим прокаливанием при температуре 600°С рисовой соломы, совместно измельченную с указанным портландцементом и указанным гиперпластификатором до удельной поверхности 530-580 м²/кг, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н	11,3-13,2
указанный аморфизированный диоксид кремния	6-8
указанная кварцевая мука	2-3
указанный отсев дробления доломита	2,5-3,5
кварцевый песок	63-71
гиперпластификатор на основе полиакриловой кислоты	0,5-0,8
вода	остальное