Результат интеллектуальной деятельности: БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к области производства бетонных изделий, декоративных плит, дорожных и тротуарных покрытий.

Известен состав высокопрочного бетона (патент РФ №2332379, кл. С04В 28/04, опубл. 27.08.2008), включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, в качестве добавки использован золь берлинской лазури, характеризуемый плотностью ρ=1,013 г/см³, рН 4,7-5,3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

К недостаткам известного высокопрочного бетона относится сложность технологического процесса приготовления золя в условиях промышленного производства, при изменении температурных условий и длительного хранения возможно выпадение золя в осадок с потерей первоначальных свойств.

Известна также бетонная смесь (патент РФ №2525078, кл. С04В 28/04, С04В 111/20, опубл. 10.08.2014), состоящая из портландцемента, щебня, наполнителей и воды, дополнительно вводят молибденсодержащие отходы промышленности, полученные путем обжига для перевода сульфида молибдена в оксид молибдена, и послеспиртовую барду в следующем составе, мас. %:

Однако входящие в данную бетонную смесь молибденсодержащие отходы подвергаются высокоэнергозатратному обжигу, а 20% крахмалистых веществ не вступают в химическое взаимодействие с минералами портландцементного камня при гидратации, тем самым снижая прочность, морозостойкость и долговечность в процессе эксплуатации изделий и конструкций, выполненных из данной бетонной смеси.

Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности является бетонная смесь (патент РФ №2188175, кл. С04С 28/02, С04В 22:00, С04В 14:38, С04В 111:20, опубл. 27.08.2002), включающая портландцемент, щебень, песок кварцевый, измельченный дисперсно-армирующий наполнитель и воду, при этом она содержит портландцемент М500, а дисперсно-армирующий наполнитель использует фракции 0-1,0 мм в составе совместно измельченной комбинированной смеси с пористым наполнителем фракции 0-1,0 мм и глиноземистым цементом ГЦ50, при их долевом соотношении соответственно 0,33:1,25:1,0 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Однако известная бетонная смесь имеет недостаточную прочность, низкую морозостойкость, а также технологическую сложность приготовления гомогенного дисперсно-армирующего наполнителя, путем энергоемкого перемешивания в течение 4-5 ч в «сухую» в бегунах до получения удельной поверхности смеси отходов керамзитовой пыли с электрофильтров, фр. 0-0,14 мм, и глиноземистого цемента до 1600 см²/г.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение бетонной смеси с улучшенными эксплуатационными показателями.

Технический результат заключается в получение изделий, обладающих повышенной прочностью, повышенной морозостойкостью, фотокаталитическими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, песок кварцевый, вода, дополнительно содержит стеклобой в виде тарного или строительного стекла фракций 0,16-10 мм, фотокаталитическую добавку диоксида титана, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Бетонная смесь содержит при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент М500 - 14-20, песок кварцевый - 10-24, стеклобой - 48,0-50,0, фотокаталитическая добавка диоксида титана - 0,15-0,45, вода - остальное.

В качестве вяжущего использовался портландцемент марки М 500, ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» (активностью не менее 49 МПа). Оптимальное содержание вяжущего в бетонной смеси составляет 12-20 мас. %, поскольку уменьшение доли вяжущего в бетонной смеси приводит к снижению прочностных характеристик и долговечности готовой продукции, а введение более 20% приводит к удорожанию готовой продукции и появлению микротрещин в результате повышенной усадки при твердении.

В качестве мелкого заполнителя использовался кварцевый песок с модулем крупности не менее Мк 1,0, с насыпной плотностью не менее 1200 кг/м³ ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Оптимальное содержание кварцевого песка в бетонной смеси составляет 26,0-32,0 мас. %, поскольку уменьшение доли кварцевого песка приведет к появлению микротрещин и расслоению бетонной смеси, а введение более 32% приведет к снижению удобоукладываемости и прочностных характеристик готовой продукции.

Стеклобой представлен боем тарного или строительного стекла различных фракций от 0,16 мм до 10 мм. Стеклобой введен для замены дорогостоящего щебня, для увеличения эффекта фотокаталитической реакции при прохождении солнечных лучей в более глубокие слои бетона товарной продукции, а также для повышения прочностных характеристик за счет повышенной прочности контактной зоны цементного вяжущего и стеклобоя в результате взаимодействия щелочной среды бетонной смеси с частицами стеклобоя в процессе реакции гидратации и последующего твердения. Введение в бетонную смесь стеклобоя повышает морозостойкость готовой продукции за счет увеличения удобоукладываемости, которая возрастает за счет гидрофобной поверхности частиц стеклобоя. Применение стеклобоя в качестве заполнителя для бетонной смеси также частично решает вопрос с утилизацией тарного стекла и боя строительного стекла.

Оптимальное содержание стеклобоя в бетонной смеси составляет 40,0-48,0 мас. %, поскольку уменьшение доли стеклобоя приведет к расслоению бетонной смеси и образованию микротрещин в готовой продукции, а введение более 48% приводит к снижению удобоукладываемости и прочностных характеристик готовой продукции.

Фотокаталитическая добавка диоксида титана марки Р-02 ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная. Технические условия» предназначена для полной минерализации широкой гаммы органических соединений, например алканы, алкены, пестициды и т.д., и самоочищения бетонной поверхности. Действие фотокаталитической добавки диоксида титана заключается в следующем - загрязнители окисляются или их содержание снижается в присутствии диоксида титана в бетоне, имеющего высокую гидрофильность поверхности, когда диоксид титана активизируется под действием ультрафиолетового излучения. В результате фотокаталитической реакции разложение частиц грязи, особенно органических частиц, сопровождается их смыванием, что и приводит к очищению бетонной поверхности. Процесс воздушного очищения строительных материалов в присутствии фотокаталитической добавки диоксида титана можно охарактеризовать окислением NO и NO₂ в NO₃, образующихся в больших городах под действием автотранспорта и способствующих формированию смога. Окисление NO упрощенно можно представить следующими уравнениями:

Также обладая инертностью ко всем компонентам представленной бетонной смеси, фотокаталитическая добавка диоксида титана обеспечивает заполнение микропор и пустот в бетоне, повышая прочностные характеристики и его плотность.

Оптимальное содержание фотокаталитической добавки диоксида титана в составе композиции составляет 0,15-0,45 мас. %, поскольку уменьшение доли фотокаталитической добавки в композиции не дает достаточного эффекта самоочищения, повышения прочности и плотности бетона, а введение более 0,45% приводит к удорожанию готовой продукции с незначительным увеличением прочностных характеристик и прочности бетона.

Приготовление композиции производят в следующей последовательности: в смеситель осуществляют подачу всех компонентов в следующей последовательности - первым компонентом подают портландцемент марки М500 в количестве 12-20 мас. % от общего количества (например, 20,0% для состава №6 таблицы 2), после этого в смеситель подают кварцевый песок с модулем крупности не менее Мк 1,0, с насыпной плотностью не менее 1200 кг/м³ в количестве 26-32 мас. % от общего количества (например, 28,0% для состава №6 таблицы 2), затем подают стеклобой в виде боя тарного или строительного стекла различных фракций от 0,16 мм до 10 мм в количестве 40-48 мас. % от общего количества (например, 42,0% тарного стекла для состава №6 таблицы 2), затем подают диоксида титана марки Р-02 в количестве 0,15-0,45 мас. % от общего количества (например, 0,4% для состава №6 таблицы 2) и производят перемешивание композиции в течение 2,5-3,0 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 150-200 об/мин. После перемешивания в смеситель подается вода в количестве 9,55-13,75 мас. % от общего количества (например, 9,6% для состава №6 таблицы 2) и производят дополнительное перемешивание в течение 1,5-2,0 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 250-300 об/мин.

Приготовленную смесь укладывают в предварительно очищенные и смазанные формы, заполняя последние полностью, далее подают на виброплощадку и производят уплотнение в течение 15-30 с при амплитуде колебаний 0,5±0,05 мм (колебания вертикально-направленные), частоте колебаний 3000 об/мин. Отформованные изделия выдерживают в помещении в течение суток при температуре не ниже 20°С, после чего производят распалубку и дальнейшее хранение в течение 28 суток.

В таблице 1 приведены оптимальные фракционные составы стеклобоя двух видов строительного и тарного стекла, в таблице 2 приведены конкретные составы предлагаемой бетонной смеси, в таблице 3 - основные физико-механические характеристики бетона на основе заявленной бетонной смеси.

Таким образом, бетонные смеси, изготовленные из предлагаемой композиции, обладают большим показателем средней плотности, большим показателем прочности при сжатии и изгибе, большей морозостойкостью, меньшим водопоглащением, меньшей истираемостью и меньшей усадкой, дополнительно обладая фотокаталитическими свойствами по сравнению с показателями известных композиций.