Результат интеллектуальной деятельности: МЕЛКОЗЕРНИСТАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к мелкозернистым бетонным смесям, и может быть использовано для изготовления бетонных конструкций как монолитных, так и сборных, используемых в промышленности строительных материалов и в строительстве.

Известна и наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению мелкозернистая бетонная смесь, включающая цемент, песок, воду и комплексную добавку (Магдеев А.У. «Вибропрессованные элементы мощения с повышенными эксплуатационными свойствами из мелкозернистого бетона», диссертация кандидата технических наук: 05.23.05. - Москва, 2003).

Недостатком этого технического решения является использование дефицитных средних и крупных песков, а также применение дорогостоящих щебня фракций 5-10 мм и химических добавок.

Известен способ приготовления растворных смесей, включающий предварительное модифицирование кварцевого песка растворами N-цетилпиридиний хлорида (Гладких Ю.П. Ядыкина В.В. Завражина В.И. Влияние модифицированного ЦПХ кварцевого песка на формирование структуры цементно-песчаного бетона//Проблемы материаловедения и совершенствование технологии производства строительных изделий. Белгород: БТИСМ, 1990, с.109).

Недостатки этого технического решения - дефицит и высокая стоимость модификатора, недостаточное повышение прочности изделий.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ приготовления растворных смесей, включающий предварительную обработку мелкого кварцевого заполнителя водным раствором хлоридов алкилбензилдиметиламмония (АБДМ) и последующее перемешивание с цементом до получения однородной растворной смеси (Гладких Ю. П. Ядыкина В.В. Завражина В.И. Гидрофобизации кварцевого песка катионактивными веществами и ее влияние на прочность мелкозернистого бетона//ЖПХ, 1985, №6, с.1313-1317).

Недостатком является использование дефицитного сырья и дорогой добавки, а также невысокие показатели прочности изделий.

Техническим результатом является получение мелкозернистой бетонной смеси на основе заполнителя из местного сырья с повышенными показателями прочности (на сжатие, изгиб и растяжение), модуля упругости, водопоглощения, морозостойкости и истираемости.

Технический результат достигается за счет способа приготовления мелкозернистой бетонной смеси, включающего предварительную модификацию поверхности заполнителя катионактивной добавкой алкилдиметилбензиламмония хлоридом в количестве 0,1% от массы цемента, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Для приготовления бетонной смеси используют портландцемент ЦВМ 1 42,5Н, соответствующий требованиям ГОСТ 10178-85 (также могут быть использованы различные виды портландцементов с АМД). В качестве заполнителя используют кварцевые пески Червленского месторождения с модулем крупности 1,9 и отсев от дробления горных пород Аргунского месторождения фракции 5-10 мм. Модификатор заполнителей катионактивная добавка алкилдиметилбензиламмония хлорид (АДМАХ), представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с молярной массой µ_ср=346-376, ТУ 2482-008-04706205-2004.

Способ приготовления бетонной смеси включает следующие операции. В лабораторных условиях смешанный заполнитель (песок/отсев дробления=1/1) естественной влажности в лабораторной бетономешалке перемешивали в течение 10 мин с АДМАХ в количестве 0,1% от массы цемента. Далее добавляли необходимое количество цемента и воду, затем полученную смесь перемешивали еще в течение 2 мин. Для проведения экспериментов в специально сконструированной пресс-форме (высота и диаметр 7 см) изготавливались серии образцов-цилиндров, которые прессовались при удельном давлении 30 МПа. До испытания образцы-цилиндры выдерживали 28 сут во влажной среде при температуре 18-20°C.

Исследованиями влияния модифицированной катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя на процессы структурообразования и свойства мелкозернистого бетона установлено, что при обработке заполнителя катионактивной добавкой происходит избирательно-ориентированная адсорбция его макромолекул, полярная концевая группа молекул заряжена положительно, и поэтому в нейтральном или щелочном растворе она притягивается отрицательно заряженной поверхностью кремнезема, и одновременно гидрофобные углеводородные цепи молекул стремятся освободиться от воды и присоединиться друг к другу, формируя в растворе адсорбционный монослой, в результате этого поверхность становится гидрофобной. Такой характер адсорбции способствует более полному смачиванию, а, следовательно, лучшему прониканию цементной композиции в микрорельеф заполнителя, тем самым создают благоприятные условия для получения прочного адгезионного контакта. Установлено, что использование модифицированного АДМАХ заполнителя улучшает уплотняемость формовочных смесей, изменяет характер открытой пористости и повышает прочностные характеристики бетона.

Результаты исследования физико-механических и эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов с использованием модифицированного катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя представлены в таблице.

Таким образом, предложенные эффективные составы с использованием заполнителя, обработанного катионактивной добавкой АДМАХ позволяют повысить кубиковую прочность на сжатие и призменную прочность примерно на 70%. Величина статического и динамического модуля упругости увеличилась, но не значительно. Испытания на морозостойкость показали марку F400 и выше при испытании образцов с использованием модифицированного АДМАХ заполнителем, у образцов прессованных, но без модификаторов F200. Таким образом, для создания бетона, наиболее стойкого при переменном замораживании и оттаивании, необходимо использовать методы создания направленных структур бетона, в частности применение поверхностно-активных веществ. Эти добавки, используемые для обработки заполнителя, адсорбируются на зернах заполнителя и гидратных соединений. Добавка АДМАХ химически взаимодействует с гидратом окиси кальция цементного теста. В результате реакции образуется соответствующая кальциевая соль и выделяется молекулярный водород, который распределяется в виде мелких пузырьков в твердеющем цементном камне.

Использование модифицированного заполнителя, обработанного АДМАХ, снижает открытую пористость бетонов, что также приводит к уменьшению водопоглощения и повышению водостойкости бетонов. Определение фактической водонепроницаемости прессованных бетонов показало, что исследуемые составы бетонов выдерживают давление 0,8-2,0 МПа. Использование модифицированного заполнителя и снижение начального водосодержания сказалось на водонепроницаемости композита. Если у прессованных бетонов без модификаторов водонепроницаемость 0,8-1,2 МПа, то водонепроницаемость прессованных бетонов с использованием обработанного заполнителя АДМАХ составила 1,4-2,0 МПа.

Такое влияние модифицированного заполнителя на водонепроницаемость бетона обусловлено тем, что увеличивается сцепление цементного камня с заполнителем, который в свою очередь вступает в реакцию с клинкерными минералами, образуя низкоосновные гидросиликаты кальция, что приводит к снижению проницаемости бетонов. Таким образом, исследуемые прессованные мелкозернистые бетоны имеют достаточно высокую водонепроницаемость.

Анализ представленных результатов показывает то, что истираемость прессованных бетонов с применением модифицированных заполнителей значительно ниже требуемой для дорожных покрытий с интенсивным движением (до 0,5 г/см). Применение заполнителя, обработанного катионактивной добавкой, снизило истираемость бетона с 0,46 до 0,33 г/см².

Таким образом, использование модифицированного катионактивной добавкой алкилдиметилбензиламмония хлоридом заполнителя в приготовлении мелкозернистых бетонных смесей, положительно влияет на процессы структурообразования, повышает их физико-механические и эксплуатационные свойства.