Результат интеллектуальной деятельности: БЕТОН ПЕСЧАНЫЙ

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона как в гражданском, так и в промышленном строительстве.

Известен мелкозернистый бетон, полученный из смеси, содержащей вяжущее - портландцемент, заполнитель - кварцевый песок с модулем крупности 2,7-3,2, наполнитель - молотый кварцевый песок с удельной поверхностью S_уд=500-700 м²/кг, гиперпластификатор «Melflux 2651 F», пеногаситель ЦОП, воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 16,0-22,0, кварцевый песок 69,4-75,9, молотый кварцевый песок 1,6-2,2, гиперпластификатор «Melflux 2651 F» 0,08-0,12, пеногаситель ЦОП - 0,016-0,022, вода остальное (RU 2473493, МПК C04B 28/04, C04B 111/20, опубликовано 27.01.13). Его технический результат - увеличение подвижности и уменьшение воздухововлечения бетонной смеси, повышение прочности бетона на сжатие в проектном возрасте. Однако применение данного технического решения не позволяет отказаться от виброуплотнения при изготовлении изделий из него. Характеристики подвижности смеси (расплыв конуса, осадка конуса), воздухововлечения и предела прочности на сжатие недостаточно высоки.

Задачей изобретения является расширение арсенала песчаных бетонов, утилизация многотоннажных отходов, повышение подвижности песчаных бетонов до показателей самоуплотняющихся бетонных смесей, не требующих виброуплотнения, повышение предела прочности на сжатие, уменьшение воздухововлечения бетонной смеси.

Техническим результатом является увеличение объема цементного теста, увеличение раздвижки зерен заполнителя и повышение текучести бетонной смеси при снижении ее водоотделения (расслоения). Кроме того, техническим результатом является более плотная упаковка компонентов бетонной смеси.

Задача решается и технический результат достигается составом бетона песчаного, включающего портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 2,7-3,2, наполнитель, гиперпластификатор «Melflux 2651 F», воду. Отличием предлагаемого решения от прототипа является вид используемого наполнителя, представляющего собой шлам химической водоочистки (ШХВО). Другим отличием является введение водоудерживающей добавки в виде микрокремнезема как мелкодисперсного наполнителя для уменьшения расслоения бетона, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 16,7-18,4, кварцевый песок 68,4-70,0, ШХВО 1,2-2,5, микрокремнезем 0,8-2,8, гиперпластификатор «Melflux 2651 F» 0,08-0,09, вода 8,91-10,11, при этом удельная поверхность ШХВО составляет от 1200 до 1300 м²/кг.

Эффективность ШХВО в улучшении характеристик подвижности бетонной смеси обусловлена тем, что ШХВО имеет более высокую удельную поверхность 1200-1300 м²/кг в сравнении с молотым песком-наполнителем, у которого удельная поверхность составляет 500-700 м²/кг.

Благодаря своему химическому составу ШХВО можно использовать в качестве известняковых наполнителей, что обеспечивает повышение прочности бетона. Известно, что при гидратации цемента в присутствии известняковых наполнителей происходит химическое взаимодействие трехкальциевого алюмината и карбоната кальция (магния) с образованием гидроалюминатов кальция (магния), что, в свою очередь, положительно сказывается на прочностных характеристиках цементного камня, как в предлагаемом решении.

ШХВО как карбонатный наполнитель в силу недостаточно высокой удельной поверхности по сравнению с мелкодисперсными добавками не позволял получать бетонную смесь без водоотделения. Т.к. в предложенном бетоне, по своим характеристикам являющимся самоуплотняющимся бетоном (СУБ), при повышенном водоцементном отношении необходимо использовать специальные химические водоудерживающие добавки или мелкодисперсные наполнители. Таким мелкодисперсным водоудерживающим наполнителем и стал микрокремнезем. Для снижения водоотделения в состав бетонной смеси было введено указанное выше количество ультрадисперсного микрокремнезема. Благодаря предложенному составу стало возможным получить самоуплотняющийся песчаный бетон без водоотделения.

ШХВО в предложенном бетонном составе вводится для увеличения объема цементного теста, что приводит к раздвижке зерен заполнителя и повышению текучести бетонной смеси.

Неизвестно использование ШХВО в качестве наполнителя в составе самоуплотняющихся бетонов. Неизвестно использование ШХВО для увеличения объема цементного теста, увеличения раздвижки зерен заполнителя и повышения текучести бетонной смеси.

Известно, что минеральная ультрадисперсная добавка микрокремнезем к цементной смеси вступает в реакцию с гидроксидом кальция и делает цементную смесь более вязкой. Введение этой добавки в портландцемент от 10 до 30% к массе бетона повышает водопотребность вяжущего по нормальной густоте с 25% до 29% (www.snab48.ru). Известно использование микрокремнезема в бетонных смесях для повышения прочности, долговечности бетона (Дворкин Л.И. Практическое бетоноведение в вопросах и ответах: Справочное пособие // - СПб.: ООО «Строй-Бетон», 2008. - 328 с.). Однако неизвестно свойство микрокремнезема как добавки для снижения водоотделения, расслоения бетонных смесей.

Благодаря плотной упаковке компонентов предложенной бетонной смеси воздух из нее был вытеснен.

Для изготовления бетона в соответствии с изобретением использовались:

- Цемент ПЦ 500 Д0 ОАО «Вольскцемент». ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия».

- Кварцевый песок с модулем крупности 2,7-3,2, ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия».

- Шлам химической водоочисти ШХВО, который представляет собой продукт отхода тепловых электростанций, хранящихся в огромных количествах в шламонакопителях или на промышленных свалках. Это тестообразная масса светло-коричневого цвета, 50-60% влажности, без запаха. Образуется шлам в результате известкования и коагуляции воды из реки Волга, при добавлении к ней известкового молока и коагулянта - железного купороса. В день образуется около 10-20 тонн ШХВО в сутки. В составе шлама (в пересчете на сухое вещество) содержится 75-85% СаО (в виде СаСО₃) и 15-25% FeO в виде Fe(OH)₃.

- Микрокремнезем марки МК-85 Челябинского электрометаллургического комбината ТУ 5743-048-02495332-96 с удельной поверхностью 18000-25000 м²/кг.

- Гиперпластификатор Melflux 2651 F - продукт, получаемый методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата, производства Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия).

Порядок приготовления бетонной смеси в соответствии с изобретением состоит в следующем:

1. Шлам химической водоочистки (ШХВО) высушивают и измельчают до удельной поверхности 1200-1300 м²/кг.

2. Дозируют портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 2,7-3,2, шлам и микрокремнезем.

3. Дозируют воду.

4. Дозируют гиперпластификатор Melflux 2651 F и добавляют его в подготовленную воду.

5. Отдозированные компоненты: портландцемент, кварцевый песок, шлам, микрокремнезем и воду с гиперпластификатором Melflux 2651 F загружают в бетоносмеситель, где осуществляют их перемешивание до получения однородной массы.

Далее изготавливают контрольные образцы по ГОСТ 10180. Образцы до марочного возраста хранят в нормальных условиях (температура 20±2°C, относительная влажность окружающего воздуха не менее 90%, создаваемая в камере нормального твердения).

Исследования полученных образцов проводились в рамках влияния расхода вяжущего, наполнителя и других компонентов на технологические свойства бетонной смеси, а именно водоотделение, воздухововлечение и вязкость. Последний показатель определялся с помощью косвенного метода Т 500, сущность которого заключается в определении времени истечения бетонной смеси из перевернутого стандартного конуса в соответствии с источником: Болотских О.Н. Самоуплотняющийся бетон и его диагностика // Технологии бетонов, 2008, №10. - С. 28-31.

Определение воздухововлечения бетонной смеси велось согласно DIN EN 12350-7: 2000-11.

Объем цементного теста определялся опытным путем. Были приготовлены составы цементного теста без использования песка, в которых расход цемента и наполнителей был такой же, как и у бетонных смесей, а количество воды было скорректировано с учетом водопотребности песка. После приготовления смесь заливалась в специальную мерную емкость, в которой определялся объем смеси.

Плотность упаковки характеризуется плотностью бетонной смеси (кг/м³), определяемой по ГОСТ 10181-2000.

Составы самоуплотняющегося песчаного бетона представлены в Таблице 1.

Результаты испытаний этих составов представлены в Таблице 2, причем показатель водоотделения для всех примеров равен нулю.

Как видно из Таблицы 1, удельная поверхность ШХВО составляет от 1200 до 1300 м²/кг. Применение ШХВО в данном интервале позволяет достигать наиболее высоких показателей подвижности и прочности цементного теста и камня. При меньшей удельной поверхности ШХВО негативно влияет на подвижность цементного теста и на его прочностные показатели. Превышение данного интервала приводит к увеличению водопотребности цементной смеси. Этот интервал удельной поверхности ШХВО позволяет при его использовании получать стабильные результаты без ухудшения свойств бетонной смеси и бетона.

Как видно из таблиц, подвижность бетона по предлагаемой рецептуре выше подвижности прототипа и достигается ее значение, превышающее значение подвижности самоуплотняющегося бетона, расплыв конуса бетона по изобретению составляет 60 см против стандартной величины для СБУ более 50 см.

Осадка смеси в соответствии с изобретением составляет 25, что соответствует марке по подвижности П5, характерной для самоуплотняющихся бетонов. При этом осадка смеси прототипа соответствует марке по подвижности П4.

По сравнению с прототипом состав в соответствии с изобретением обеспечивает более низкое воздухововлечение, увеличенный объем цементного теста и повышенную плотность бетонной смеси, повышение подвижности песчаных бетонов до показателей самоуплотняющихся бетонных смесей, а также больший предел прочности на сжатие в возрасте 28 суток.

Самоуплотняющиеся бетоны очень чувствительны к колебаниям рецептуры, и превышение оптимальных дозировок наполнителя и других компонентов приводит к снижению прочности бетона, что связано с увеличением водопотребности смеси.

Снижение себестоимости СУБ является актуальным вопросом и резервом для этого служит замена крупного заполнителя и порошкообразного наполнителя на доступные местные материалы и крупнотоннажные промышленные отходы. Это позволит получить высокопрочные бетоны не на привозном высокопрочном щебне, а на местных кварцевых песках и, используя отходы (ШХВО), позволит решить экологические проблемы их утилизации.