Результат интеллектуальной деятельности: Бетонная смесь

Изобретение относится к составам бетонной смеси с комплексной модифицирующей добавкой и может найти применение в производстве строительных материалов при изготовлении и ремонте бетонных изделий (бордюрных камней, стеновых блоков, фундаментов, гидротехнических сооружений).

Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, молотый известняк, золу-унос ТЭЦ, песок кварцевый, щебень гранитный, суперпластификатор на основе поликарбоксилатов МС-RowerFlow 2695, вода (патент РФ №2525565, МПК⁸ C04B 28/04, C04B 24/24, C04B 111/20, C04B 103/32 от 20.08.2014).

Наряду с достоинствами бетонной смеси (повышение коррозионной стойкости), имеется недостаток: непостоянство составов применяемой добавки отхода производств.

Наиболее близкий состав бетонной смеси приведен в патенте РФ №2111188, МПК⁸ C04B 24/06, C04B 18/08, C04B 111/20, опубликованном 20.05.1998 года. Бетонная смесь для изготовления изделий и конструкций защитных покрытий, эксплуатируемых в биологически агрессивных средах, содержит портландцемент, заполнитель, микрокремнезем, добавку - алкилбензилдиметиламмоний хлорид и полигексаметиленгуанидин хлорид и воду.

Наряду с достоинствами бетонной смеси есть и недостатки: значительное содержание Ca(OH)₂ и недостаточная прочность.

Задачей технического решения является уменьшение содержания Ca(OH)₂ в составе цементного камня, приводящее к снижению коррозии I и II вида, и увеличение прочности затвердевшего бетона.

Для реализации задачи в состав бетонной смеси включающей портландцемент, заполнитель, микрокремнезем, добавку состава алкилбензилдиметиламмоний хлорид и полигексаметиленгуанид хлорид, воду, в качестве заполнителя вводят песок природный средний, а вместо добавки (состав алкилбензилдиметиламмоний хлорид и полигексаметиленгуанидин хлорид) вводят пуццолановые добавки (микрокремнезем и высокоактивный метакаолин), содержащие аморфный кремнезем и суперпластификатор полифункционального действия на основе полиоксиэтиленовых производных полиметакриповой кислоты «Динамикс ПК», воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Состав предлагаемой бетонной смеси и прототипа приведен в таблице 1.

Для реализации поставленной задачи были использованы компоненты со следующими свойствами:

- портландцемент общестроительный марки ЦЕМ I 42,5 Н, соответствующий ГОСТ 31108 производства ООО «Тулацемент», Тульская область. Портландцемент не содержит минеральных добавок в качестве основного компонента.

- заполнитель - песок природный средний с карьера «Ясногорский песчаный карьер», Тульская область. Применяемый песок в качестве заполнителя соответствует ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 26633-2012. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов А_эфф в песке составляет 82,3 Бк/кг.

- микрокремнезем TR680085008 (ОАО ЧЭМК г. Челябинск) - образуется как побочный продукт при производстве ферросилиция и осаждается в электрофильтрах. Большую часть образуют частички аморфного оксида кремния круглой формы средним размером 0,1 мкм и удельной поверхностью 16-22 м²/г. Химический состав: SiO₂ - 86-92%; Al₂O₃ - 0,6-0,8%; Fe₂O₃ - 0,4-0,7%; CaO - 0,4-0,9%; MgO - 0,8-1,0%; Na₂O - 0,6-0,8%; K₂O - 1,2-1,4%; C - 0,9-1,2%; S - 0,2-0,3%. Микрокремнезем радиационно и гигиенически безопасен, соответствует первому классу материалов (использование без ограничений) и соответствует четвертому классу опасности (малоопасная степень). Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в добавке не превышает 370 Бк/кг.

- высокоактивный метакаолин «Синерго» - продукт дегидратации каолиновой глины (природного гидроалюмосиликата). Дегидратированный аморфный алюмосиликат является высокоактивным природным пуццоланом, т.е. гидравлически активной добавкой, способной при взаимодействии с известью (Са(OH)₂), образовывать нерастворимые низкоосновные гидроалюмосиликаты кальция. Химический состав: SiO₂ - 51,4%; Al₂O₃ - 42%; Fe₂O₃ - 0,8%. Удельная поверхность метакаолина составляет 12-13 м²/г. Высокоактивный метакаолин радиационно и гигиенически безопасен.

- добавка «Динамикс ПК» относится к классу суперпластификаторов по ТУ 5870-002-14153664-04, представляет собой смесь полиоксиэтиленовых производных полиметакриловой кислоты. Производитель добавки ООО «Полипласт Новомосковск», Тульская область.

- вода затворения соответствует ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и растворов. Технические указания».

Пример реализации

Пример - приготавливали предполагаемый состав бетонной смеси с комплексной модифицирующей добавкой. Дозировали по массе компоненты состава №1, приведенного в таблице №1. Перемешивали в сухом состоянии портландцемент, песок, высокоактивный метакаолин, микрокремнезем и 2/3 воды с дальнейшим введением добавки суперпластификатора «Динамикс ПК» (приготовлен по ГОСТ 24211), 1/3 оставшейся воды и окончательным перемешиванием.

Аналогичный способ: были приготовлены составы бетонной смеси с комплексной модифицирующей добавкой №2, №3, №4 и №5.

Эффект действия разработанной бетонной смеси был проверен на опыте. Образцы формовали размером 40×40×160 мм. По три штуки в каждой партии.

Твердели образцы при нормальных условиях 28 суток, а затем были испытаны на показание прочности на растяжение при изгибе и при сжатии. Были проведены испытания по определению в составе Са(OH)₂ по методике ГОСТ25818-91. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Механизм действия активных добавок в составе бетонной смеси в основном обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза C₃S при гидратации цемента. При этом в основном образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа С-S-H(B), гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона (Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы: Учебно-справочное пособие. Ростов н/Д.: Феникс, 2007. 221 с.), что привело к следующим эффектам:

- применение добавок совместно с суперпластификатором обеспечивает получение суммарного эффекта, который проявляется в упрочнения структуры мелкозернистого бетона, снижения в его составе Са(OH)₂, результатом чего является получение коррозионностойких мелкозернистых бетонов.

- совокупность существенных признаков влияния добавок проявляется в свойствах, которые обеспечивают повышение гидратационной активности компонентов бетонной смеси и образование структуры мелкозернистого бетона с плотной, прочной упаковкой.

- образование плотной структуры мелкозернистого бетона за счет пуццоланического эффекта аморфного кремнезема, содержащегося в добавках, и, как следствие, повышение гидратационной активности компонентов бетонной смеси позволяет получить модифицированный коррозионностойкий мелкозернистый бетон, отличающийся повышенной прочностью при сжатии и долговечностью.