Результат интеллектуальной деятельности: САМОУПЛОТНЯЮЩАЯСЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоуплотняющимся бетонным смесям, и может быть использовано при изготовлении плитных конструкций плоских кровель зданий и сооружений, а также монолитных и сборных бетонных и железобетонных строительных изделий и конструкций с повышенными показателями морозостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости.

Известна бетонная смесь, включающая цемент, смесь разных видов песка из кальцинированных бокситов с разным гранулометрическим составом, наиболее тонкий песок со средним гранулометрическим составом менее 1 мм и наиболее крупный песок со средним гранулометрическим составом менее 10 мм, белую сажу, 90% частиц которой имеют размер менее 1 мкм при среднем диаметре около 0,5 мкм, противопенное средство, суперпластификатор, при необходимости волокна и воду, также бетон дополнительно содержит сверхмалые частицы карбоната кальция с удельной поверхностью, равной или более 10 м²/г (патент РФ №2359936, опубл. 27.06.2009).

Недостатком данной бетонной смеси является содержание в ней и высокий расход дорогостоящего белого цемента CPA 52,5 Teil, наличие от трех до пяти фракций песка из кальцинированных бокситов, сверхмалых частиц карбоната кальция и белой сажи, что усложняет и удорожает состав бетона в целом и ограничивает его область применения.

Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 2,7-3,2, наполнитель - шлам химической водоочистки (ШХВО), гиперпластификатор «Melflux 2651 F», водоудерживающую добавку в виде микрокремнезема, воду 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 (патент РФ №2569947, опубл. 10.12.2015).

Недостатком данной бетонной смеси является высокий расход высокомарочного цемента ГЩ 500 Д0, низкая морозостойкость из-за наличия карбонатного наполнителя ШХВО, низкая трещиностойкость получаемого бетона ввиду отсуствия крупного заполнителя и повышенного расхода портландцемента, а также необходимость дополнительного помола ШХВО, что приводит к значительному увеличению энегозатрат и, как следствие, итоговой стоимости бетонной смеси.

Известна бетонная смесь, включающая портландцемент ПЦ 500 Д0 (серый или белый), суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного - стекловидного кремнезема не менее 85-95%, молотый кварцевый песок (микрокварц) или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)⋅10³ см²/г, тонкозернистый кварцевый песок узкого гранулометрического состава фракции 0,1-0,5÷0,16-0,63 мм, фибру стальную металлокорд (диаметр 0,1-0,22 мм, длина 6-15 мм), базальтовую и углеродные волокна при следующем содержании компонентов, % от массы сухих компонентов в бетонной смеси: портландцемент (серый или белый) марки не ниже ПЦ 500 Д0 - 30,9-34%; суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира - 0,2-0,5%; микрокремнезем - 3,2-6,8%; молотый кварцевый песок (микрокварц) или каменная мука - 12,3-17,2%; тонкозернистый кварцевый песок - 53,4-41,5%; фибра стальная металлокорд 1,5-5,0% по объему бетона; фибра базальтовая и углеродные волокна 0,2-3,0% по объему бетона; вода - В/Т=0,95-0,12 (заявка на изобретение №2012113330, опубл. 10.10.2013).

Недостатком данной бетонной смеси является высокий расход высокомарочного цемента ПЦ 500 Д0, металлической и базальтовой фибры, углеродных волокон, что приводит к значительному увеличению итоговой стоимости бетонной смеси, а также невысокая морозостойкость получаемого бетона.

Известна бетонная смесь (патент РФ №2144909, опубл. 27.01.2000), содержащая портландцемент, песок и минеральную расширяющуюся добавку «ИР-1», вулканическую породу, гипс, доломит, микрокремнезем и пластификатор при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: вулканическая порода - 40-85, гипс - 10-35, доломит - 0-30, микрокремнезем - 0-5, пластификатор - 1-3, причем бетон содержит песок фракции более 0,14 мм и дополнительно щебень при следующем соотношении компонентов, кг/м³: портландцемент - 400-500, добавка "ИР-1" - 70-100, песок фракции более 0,14 мм - 500-700, щебень - 600-800, вода - до получения водоцементного отношения 0,3-0,4. Также содержит ускоритель твердения, и/или замедлитель твердения, и/или гидрофобизатор.

Недостатком данной бетонной смеси является низкая подвижность, что требует дополнительных трудовых и энергозатрат на уплотнение бетонной смеси, содержание четырех видов минеральных добавок, что усложняет введение их при производстве бетонной смеси, низкая трещиностойкость получаемого бетона.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является бетонная смесь (патент РФ №2307810, опубл. 10.10.2007), содержащая портландцемент, щебень, песок, бентонит и воду затворения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит золу-унос и суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 12,5-16,5, щебень 39-40, песок 27-29,3, бентонит 0,15-0,25, зола-унос 7,5-8,5, суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании 0,3-0,35, вода затворения 9,5-10.

Недостатком данной бетонной смеси является низкая морозостойкость получаемого бетона, а также меньшая трещиностойкость бетона по сравнению с настоящим изобретением.

Задача настоящего изобретения - повышение прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости бетонных конструкций, увеличении подвижности бетонной смеси.

Результат достигается тем, что бетонная смесь, содержащая портландцемент, щебень, песок двух фракций, суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилата и воду затворения, дополнительно содержит металлическую фибру, метакаолин, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость на основе силиконатов натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 17,37-19; щебень (фракции 5÷10 мм) - 34,75-38,38; песок (фракции 0.16÷5 мм) - 23,43-25,45, песок (фракции 0.16÷0.63 мм) - 10-11,07, фибра металлическая - 1,26-2,21, метакаолин - 0,55-1,27, суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании - 0,22-0,33, гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость на основе силиконатов натрия - 0,02-0,04, вода затворения - 7,07-7,68.

В качестве суперпластификатора на поликарбоксилатэфирном основании использовали добавку Remicrete SP 10 имеет сертификационный номер 0764-CPD-0012 (согласно EN 934-2:2001). В качестве фибры использовали фибру «Челябинка» (длина фибры - 36-38 мм, условный диаметр - 0,63 мм) по ТУ 1231-001-70832021-2010, в качестве гидрофобизирующей добавки использовали добавку Типром С на основе силиконатов натрия по ТУ 2229-069-32478306-2003. В качестве активной минеральной добавки использовали метакаолин - аморфный силикат алюминия месторождения Журавлиный Лог по ТУ 5729-095-51460677-2009.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для приготовления бетонной смеси производственного состава использовали цемент ЦЕМ II/А-К (Ш-П) 32,5Б ГОСТ 31108-2003 производства ЗАО «Ульяновскцемент», обогащенный песок Камского месторождения с модулем крупности, равным 2.7, фракции 0.16-5 мм, песок Камского месторождения фракции 0.16-0.63 мм, щебень из плотных горных пород производства ООО «Неруд-инвест» фракции 5-10 мм, метакаолин, суперпластификатор, гидрофобизирующую добавку, фибру при следующем соотношении (мас.%): портландцемент - 17,37-19; щебень (фракции 5÷10 мм) - 34,75-38,38; песок (фракции 0.16÷5 мм) - 23,43-25,45, песок (фракции 0.16÷0.315 мм) - 10-11,07, фибра металлическая - 1,26-2,21, метакаолин - 0,55-1,27, суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании - 0,22-0,33, гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость на основе силиконатов натрия - 0,02-0,04, вода затворения - 7,07-7,68.

Метакаолин дозировали вместе с цементом, добавки (суперпластификатор и гидрофобизатор) перемешивались вместе с 1/3 части воды затворения. Вода добавлялась в бетонную смесь до достижения равной подвижности в пределах 58-62 см расплыва стандартного конуса (марка Р5), согласно ГОСТ 7473-2010 испытания проводились по ГОСТ 10181-2014.

Из бетонных смесей изготавливались образцы - кубы с размерами 10×10×10 см. Через 7, 28 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 18105-2010, морозостойкость по ГОСТ 10060-2012, а водонепроницаемость - по ГОСТ 12730.5-84. Характеристики трещиностойкости бетона определены по ГОСТ 29167-91.

Составы бетонных смесей приведены в табл. 1. Результаты механических испытаний бетона приведены в табл. 2.

Из таблицы 2 видно, что разработанный состав самоуплотняющейся бетонной смеси позволяет повысить прочность тяжелого бетона на 32-40%, водонепроницаемость на 4-6 ступеней, морозостойкость на 100-200 циклов, критический коэффициент интенсивности напряжений в 1,27 раза по сравнению с прототипом.