Результат интеллектуальной деятельности: Бетонная смесь

Изобретение относится к составам мелкозернистых бетонных смесей, в том числе песчаных, которые используют для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

Известны мелкозернистые, в том числе песчаные, бетоны, изготавливаемые без дорогостоящих и зачастую дефицитных крупных заполнителей (см. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Высшая школа, 1978, с. 177-182). Основным недостатком таких бетонов, сдерживающим их широкое применение, является повышенный по сравнению с обычным бетоном расход цемента.

Для снижения расхода цемента в мелкозернистых бетонах известно введение в их состав тонкодисперсных микронаполнителей, например известковой муки, молотого кварцевого песка и др. (см. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Высшая школа, 1978, с. 298).

Недостатком мелкозернистого бетона с микронаполнителем является уменьшение активности цемента пропорционально увеличению содержания микронаполнителя в смеси. Кроме того, получение таких микронаполнителей, как тонкомолотый кварцевый песок, связано с большими энергозатратами и ускоренным износом помольного оборудования.

Известна бетонная смесь, включающая цемент, кварцевый песок фракции 0,3-5,0 мм, керамзитовый песок фракции 0,3-1,25 мм и воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цемент - 23…26; кварцевый песок фракции 0,3-5,0 мм - 37…50; керамзитовый песок фракции 0,3-1,25 мм - 15…23; вода - остальное (см. SU №996370 A1, С04В 15/02, опубл. 15.02.1983).

Недостатком данной бетонной смеси является высокий расход цемента (до 500 кг/м³), кроме того, фракционирование используемых кварцевого и керамзитового песков удорожает производство и требует решения проблемы образующихся при фракционировании песков пылевидных отходов.

Наиболее близкой к заявляемой является бетонная смесь, содержащая (мас. ч.): цемент - 1,0; мелкий кварцевый песок с модулем крупности Мкр=1,32-3,3…3,8; добавка измельченной до полного прохождения через сито №016 карбонатно-кремнеземистой опоки - 0,2…0,7; вода - 0,58…0,71 (см. Шляхова Е.А., Холостова А.И. К вопросу повышения качества мелкозернистых бетонов на мелких песках. Журнал Вестник Дона, №4, 2013 г.).

Недостатком указанной бетонной смеси является то, что она не обеспечивает в достаточной мере повышение трещиностойкости песчаного бетона. Кроме того, для получения тонкодисперсной добавки опоку подвергают дроблению с последующим просеиванием через сито №016. Зерна дробленой опоки размером крупнее 0,16 мм подвергают повторному измельчению до полного прохождения через сито №016. При этом неоднократное измельчение и просеивание опоки требует повышенных энерго- и трудозатрат.

Задача изобретения заключается в повышении трещиностойкости песчаного бетона, а также в снижении энерго- и трудозатрат при получении добавки карбонатно-кремнеземистой опоки в песчано-бетонную смесь.

Сущность изобретения заключается в том, что бетонная смесь, включающая цемент, мелкий кварцевый песок фракции 0-5,0 мм, карбонатно-кремнеземистую опоку и воду, содержит дробленую карбонатно-кремнеземистую опоку фракции 0-5,0 мм следующего гранулометрического состава, мас. %: 1,6…2,2 (2,5-5,0 мм); 7,8…9,3 (1,25-2,5 мм); 20,1…22,0 (0,63-1,25 мм); 33…10,2 (0,315-0,63 мм); 11,6…12,4 (0,16-0,315 мм); 46…48 (менее 0,16 мм), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Карбонатно-кремнеземистые опоки относятся к категории нерудных полезных ископаемых, разведанные промышленные балансовые запасы которых только по Ростовской области составляют 1,06 млн м³.

Предлагаемая к использованию в составе песчаных бетонов карбонатно-кремнеземистая опока представляет собой микропористую породу светло-желтого цвета осадочного происхождения. Порода сложена в основном частицами размером менее 0,005 мм опал-кристобалитового кремнезема, скрепленными природными карбонатами, массовая доля которых составляет 30-33%. Средняя плотность породы находится в пределах 1250-1300 кг/м³, истинная плотность - 2,3…2,5 г/см³, насыпная плотность дробленой опоки фракции 0-5,0 мм составляет 800-900 кг/м³.

Технический результат

Благодаря низкой твердости карбонатно-кремнеземистая опока легко измельчается при дроблении с образованием большого количества тонкодисперсных частиц, которые могут выполнять функции микронаполнителя в мелкозернистом бетоне без дополнительного помола исходного сырья.

Зерна опоки размерами 0,16-5,0 мм, содержащиеся в дробленой опоке в количестве 52…54%, благодаря своей пониженной, по сравнению с кварцевым песком, твердости и микропористому строению могут повышать устойчивость процесса деформации и замедлять развитие магистральных трещин при испытаниях песчаного бетона на трещиностойкость. Силовая характеристика трещиностойкости бетона может служить обобщенным критерием его стойкости при агрессивных воздействиях типа замораживания-оттаивания, увлажнения и высушивания и др.

Характеристика материалов

Цемент

В качестве вяжущего использовали портландцемент Серебряковского завода марки 500 Д0, отвечающий требованиям ГОСТ 10178.

Мелкий кварцевый песок

Мелким заполнителем служил мелкий кварцевый песок Левенцовского месторождения с модулем крупности М_кр=1,42, отвечающий требованиям ГОСТ 8736. Насыпная плотность песка составляла 1350 кг/м³, истинная плотность - 2,63 г/см³. Содержание пылеватых и глинистых примесей, определяемых отмучиванием в воде, не превышало 2%.

Дробленая карбонатно-кремнеземистая опока

В состав бетонной смеси вводили дробленную карбонатно-кремнеземистую опоку фракции 0-5,0 мм Масловского месторождения Ростовской области следующего химического состава, мас. %: 59,02 SiO₂; 3,57 Al₂O₃; 1,66 (Fe₂O₃+FeO); 18,08 CaO; 0,69 MgO; 0,03 SO₃; 0,40 TiO₂; 0,15 P₂O₅; 2,3 (K₂O+Na₂O); 14,10 п.п.п.

После дробления используемая опока имела гранулометрический состав, мас. %: 1,6…2,2 (2,5-5,0 мм); 7,8…9,3 (1,25-2,5 мм); 20,1…22,0 (0,63-1,25 мм); 33…10,2 (0,315-0,63 мм); 11,6…12,4 (0,16-0,315 мм); 46…48 (менее 0,16 мм).

Пример

Предложенную бетонную смесь проверяли в лабораторных условиях.

Количество воды затворения для приготовления бетонных смесей подбирали из условия обеспечения одинаковой подвижности всех составов, определяемой общепринятым методом величиной расплыва конуса на встряхивающем столике в пределах 110±2 мм.

Для испытаний песчаного бетона на трещиностойкость изготавливали образцы-балочки размером 40×40×160 мм, в которых образовывали начальный надрез с нижней стороны глубиной 10 и шириной 0,5 мм. Отформованные образцы подвергали ТВО по режиму 2+4+6 ч с изотермической выдержкой при температуре 85°С.

Силовую характеристику трещиностойкости бетона (вязкость разрушения при статическом нагружении) определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 29167 в условиях неравновесных механических испытаний. Данные испытания характеризуются потерей устойчивости процесса деформации по достижении максимальной нагрузки с соответствующим развитием магистральной трещины.

Характеристикой трещиностойкости в соответствии с ГОСТ 29167 является условный критический коэффициент интенсивности напряжений К_с*, который вычисляется по экспериментальным данным по формуле:

где F_c - нагрузка, соответствующая статическому началу движения магистральной трещины при равновесных испытаниях, МН;

L₀, b, t - геометрические размеры образца, м;

а₀ - длина начального надреза, м;

λ=а₀/b - относительная длина начального надреза (λ=0,25).

Результаты испытаний приведены в таблице.

Примечание: гранулометрический состав опоки фракции 0-5,0 мм, мас. %: 1,6…2,2 (2,5-5,0 мм); 7,8…9,3 (1,25-2,5 мм); 20,1…22,0 (0,63-1,25 мм); 33…10,2 (0,315-0,63 мм); 11,6…12,4 (0,16-0,315 мм); 46…48 (менее 0,16 мм).

Как видно из таблицы, предложенная бетонная смесь (составы 2, 3, 4) обеспечивает получение мелкозернистого (песчаного) бетона с повышенным, по сравнению с аналогом, на 23-32% коэффициентом трещиностойкости.

Технология приготовления предложенной смеси не требует переоснащения существующих бетоносмесительных узлов и может осуществляться на действующем оборудовании.

Поскольку в предложенной бетонной смеси используется дробленая опока фракции 0-5 мм, достигается дополнительный эффект за счет снижения энерго- и трудозатрат на рассеивание и повторное измельчение используемой опоки до полного прохождения через сито №016 по наиболее близкому аналогу.