Способ приготовления смеси для изготовления крупнопористого легкого бетона

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно крупнопористых легких бетонов, и может быть использовано для изготовления мелкоштучных конструкционно-теплоизоляционных стеновых изделий для малоэтажного и коттеджного строительства.

Известен крупнопористый бетон на модифицированном керамзитовом гравии [1]. В качестве модификатора керамзитового гравия применяется 1-3%-ный водный раствор плавиковой кислоты в количестве 10-12% от массы керамзита, которым обрабатывается поверхность заполнителя за 5-15 мин до приготовления бетонной смеси. При этом используется керамзитовый гравий, опудренный в процессе обжига при температуре 1000-1100°С доломитовой мукой в количестве 2-3% от массы керамзита.

Недостатком указанного крупнопористого бетона является трудоемкость изготовления бетонной смеси, связанная с опудриванием заполнителя доломитовой мукой в процессе высокотемпературного обжига, что усложняет технологию, повышает энергоемкость производства и, соответственно, ведет к удорожанию бетона и изделий на его основе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является крупнопористый бетон с использованием керамзитового гравия, пропитываемого до смешивания с цементом нанодисперсными добавками [2], получаемыми в результате ультразвукового диспергирования при частоте ультразвука 35 кГц водной суспензии с концентрацией твердой фазы 3%, содержащей, мас. %: метакаолин 65-70, суперпластификатор С-330-35 [3].

Однако данный крупнопористый бетонимеет следующие недостатки: относительно низкая прочность на сжатие, большой расход модифицирующих добавок (20-22% от массы заполнителя), сложность и длительность приготовления бетонной смеси.

Техническая задача, положенная в основу заявляемого изобретения, состоит в разработке способа приготовления смеси для изготовления крупнопористого легкого бетона, обеспечивающего повышенную адгезионную прочность между зернами крупного пористого заполнителя и затвердевшим вяжущим веществом, повышенную прочность на сжатие и пониженное водопоглощение бетона, сокращение расхода модифицирующих добавок, упрощение и ускорение технологии приготовления смеси.

Поставленная задача достигается тем, что способ приготовления смеси для изготовления крупнопористого легкого бетона, включающий смешение портландцемента, крупного пористого заполнителя, наномодификатора и воды отличается тем, что в качестве заполнителя применяется керамзитовый гравий, обрабатываемый ультразвуком частотой 35 кГц в воде в течение 3 мин, а в качестве наномодификатора - комплексная нанодисперсная добавка с размером частиц 20-80 нм, получаемая в виде суспензии путем ультразвукового диспергирования метакаолина в водной среде суперпластификатора С-3, при смешении портландцемента сначала с наномодификатором и частью воды затворения до получения цементного теста нормальной густоты, а затем с керамзитовым гравием и остатком воды при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 25,4-28,7, керамзитовый гравий 62,4, наномодификатор 2-2,3, вода 6,6-10,2.

Пример. В качестве исходных сырьевых материалов при приготовлении смеси для изготовления крупнопористого легкого бетона применяли:

- бездобавочный нормально твердеющий портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108 (ЗАО «Мальцовский портландцемент», г. Фокино, Брянская область);

- керамзитовый гравий фракции 10-20 мм, марки по насыпной плотности М350, марки по прочности П50, водопоглощением по массе 14% (ОАО «Завод керамзитового гравия г. Новолукомль», республика Беларусь);

- комплексная нанодисперсная добавка, получаемая по патенту RU 2563264 [3] путем ультразвукового диспергирования при частоте ультразвука 35 кГц водной суспензии с концентрацией твердой фазы 3%, содержащей, мас. %: метакаолин 65-70, суперпластификатор С-330-35;

- водопроводная вода с показателем рН = 6,98-7,12.

Приготовление смеси осуществляли в следующей последовательности:

- получение в течение 7 мин наномодификатора (комплексной нанодисперсной добавки);

- 3-минутная ультразвуковая обработка керамзитового гравия в воде с помощью импульсного механоактиватора ПСБ-4035-04 при частоте ультразвука 35 кГц и температуре воды (20±2)°С;

- смешивание в течение 3 мин портландцемента с наномодификатором и частью воды затворения до получения теста нормальной густоты;

- смешивание в течение 1,5 мин наномодифицированного цементного теста с керамзитовым гравием, обработанным ультразвуком, до получения бетонной смеси маркой по подвижности П1.

Общая продолжительность приготовления бетонной смеси составляет 14 мин.

Из приготовленной смеси изготовляли образцы крупнопористого легкого бетона размерами 10×10×10 см согласно стандартной методике. Испытания образцов проводили через 28 суток нормального твердения. Составы бетонных смесей представлены в табл. 1, результаты испытаний образцов крупнопористого легкого бетона в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что, по сравнению с контрольным составом №1, предлагаемый способ приготовления смеси для изготовления крупнопористого легкого бетона позволяет:

- повысить адгезионную прочность между зернами крупного пористого заполнителя и затвердевшим вяжущим веществом в 1,5, 2,3 и 4,2 раза при соотношениях цемента к керамзиту 1:2,46 (состав №2), 1:2,3 (состав №3) и 1:2,17 (состав №4) соответственно;

- повысить прочность на сжатие бетона в 1,7 раза (состав №3) и в 2,2 раза(состав №4) при незначительном изменении средней плотности;

- снизить водопоглощение бетона на 5,6% (состав №3) и на 14,4% (состав №4);

- снизить расход цемента на 6% без снижения класса бетона по прочности на сжатие (состав №2).

Повышение адгезионной прочности между зернами крупного пористого заполнителя и затвердевшим вяжущим веществом и прочности на сжатие предлагаемого крупнопористого легкого бетона достигается:

- увеличением шероховатости поверхности керамзитового гравия в результате ультразвуковой обработки в воде;

- улучшением смачивания обработанного керамзита наномодифицированным цементным тестом;

- направленным воздействием наночастиц добавки на формирование структуры цементного камня в зоне контакта с керамзитом, связанным с дополнительным образованием упрочняющих кристаллических сростков, идентичных гидросиликатам, гидроалюминатам кальция, эттрингиту и способствующих уплотнению цементной матрицы.

По сравнению с прототипом (состав №5), крупнопористый легкий бетон, изготовленный из смеси, приготовленной предложенным способом, отличается сокращенным расходом нанодисперсной добавки (от 12,3 до 2,2 мас. %) при одинаковом соотношении цемента к керамзиту 1:2,3 без снижения класса по прочности на сжатие, а также упрощенной и ускоренной от 23,5 до 14,5 мин технологией приготовления смеси.

Использованные источники:

1. Патент РФ 2448930. Керамзитобетон на модифицированном керамзитовом гравии / Минаков Ю.А., Кононова О.В., Софронов С.П.; Заявл. 09.11.2010. Опубл. 27.04.2012. Бюл. №12.

2. Пыкин А.А., Васюнина С.В., Калугин А.А., Споденейко А.А., Аверьяненко Ю.А., Александрова М.Н. Повышение эффективности крупнопористого керамзитобетона нанодисперсными добавками // Строительные материалы. 2015. №11. С. 20-23.

3. Патент РФ 2563264. Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона / Лукутцова Н.П., Пыкин А.А., Суглобов А.В.; Заявл. 30.07.2014. Опубл. 20.09.2015.