Бетонная композиция и способы ее приготовления

 

Изобретение относится к составам бетонных композиций и способам их приготовления и может быть использовано в строительстве, преимущественно в области производства стройматериалов, используемых в торкретбетонных работах для герметизации и гидроизоляции бетонных, железобетонных, каменных, кирпичных и металлических конструкций по способу "мокрого" торкретирования. Сущность: готовят композицию, содержащую, мас.%: алитовый портландцемент марки "500" с долей С₃S в нем 60-62% 27,5-30,5; кварцевый песок фракции менее 0,315 мм 30,0-32,0 и фракции 0,315-1,250 мм 22,0- 24,5; микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³см² /г 2,0-3,0; суперпластификатор С-3 0,5-1,5; комплексную минеральную добавку - продукт совместного помола до удельной поверхности (4,5-5,0)·10³см²/г алюминатного портландцемента марки "500" с долей С₃А в нем 12-14%,кварцевого песка с удельной поверхностью (0,1-0,15)·10³см²/г и сульфоалюмината кальция, взятых в соотношении 50:40:10 соответственно 4,5-7,0, и воду - остальное. Проводят перемешивание в скоростном турбулентном бетоносмесителе указанных компонентов в определенной последовательности до однородного состояния. 3 с.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к составам бетонных композиций и способам их приготовления и может быть использовано в строительстве, преимущественно в области производства стройматериалов, применяемых в торкретбетонных работах для герметизации и гидроизоляции бетонных, железобетонных, каменных, кирпичных и металлических конструкций по способу "мокрого" торкретирования, в особенности ограждающих конструкций заглубленных сооружений с проведением работ изнутри их, а также используемых для изготовления тонкостенных пространственных конструкций и серийных однотипных изделий различного профиля и назначения с высокими значениями водонепроницаемости, прочности и долговечности. Известна бетонная композиция со значениями марки водонепроницаемости W 16 и прочности 83-115 МПа, включающая цемент, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор и воду, содержащая портландцемент марки "400", в качестве наполнителя микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)· 10³см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок трех интервалов крупности: 2,2-2,5 мм, 1,0-1,15 мм и 0,05-0,5 мм, в качестве суперпластификатора смесь продукта поликонденсации меламина, формальдегида и сульфанилата натрия МФ-АР с нитритом натрия или нитритом кальция в соотношении 1:(16:-2,5) соответственно.

Недостатком этой композиции является относительно невысокие значения водонепроницаемости, деструктивные явления вследствие деформаций усадки в литых и высокоподвижных смесях, снижение морозостойкости вследствие ухудшения поровой структуры бетона, что препятствует получению плотных и долговечных защитных покрытий при герметизации конструкций торкретированием. Кроме того, дефицитность, высокая стоимость и токсичность смеси МФ-АР с электролитами ограничивают область ее применения и удорожают производство работ.

Известен способ приготовления бетонной композиции, включающий вначале перемешивание воды с микрокремнеземом в течение 25-30 с, в скоростном турбулентном бетоносмесителе со скоростью 600-700 об/мин, затем добавляют кварцевый песок и проводят перемешивание в течение 25-30 с, затем вводят цемент и перемешивают в течение 45-50 с, после чего в полученную смесь вводят комплексную добавку, содержащую смесь суперпластификатора МФ-АР с электролитом и проводят перемешивание в низкооборотном бетоносмесителе со скоростью 40-60 об/мин в течение 80-100 с.

Недостатком этого способа является ограниченное использование возможностей интенсивной раздельной технологии приготовления бетонных смесей, заключающееся в том, что все компоненты данной композиции, в том числе и заполнители, вводят и перемешивают в скоростном турбулентном бетоносмесителе без суперпластификатора, входящего в комплексную добавку, которую вводят в смесь лишь на заключительной стадии перемешивания в обычном низкооборотном бетоносмесителе. В результате этого не исключается нерегулируемое избыточное воздухововлечение, отрицательно влияющее на дисперсность и поровую структуру бетона и как следствие, на его плотность, морозостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, высокие скорости перемешивания 600-700 об/мин цемента и остальных компонентов без введения комплексной добавки не исключают нежелательные процессы ложного схватывания и образования флокул (кластеров) в цементной матрице композиции, ухудшающие ее деформативные и реологические свойства. Указанные явления отдаляют начало эффективной гидратации цементного теста, снижают скорость набора прочности цементного камня в начальные сроки твердения, что является неприемлемым для получения надежных водонепроницаемых защитных покрытий конструкций при их герметизации "мокрым" торкретированием.

Целью изобретения является расширение области применения композиции и способов ее приготовления, повышение водонепроницаемости защитных покрытий поверхностей конструкций, интенсификация работ по их герметизации методом торкретирования, экономия материалов, сокращение стоимости и времени производства работ.

Это достигается тем, что готовят композицию, содержащую, мас. алитовый портландцемент марки не ниже "500" с долей С₃S в нем 60-62% 27,5-30,5; кварцевый песок фракцмй менее 0,315 мм 30,0-32,0 и 0,315-1,250 мм 22,0-24,5; микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³см²/г 2,0-3,0; суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида 0,5-1,5; комплексная минеральная добавка продукт совместного помола до удельной поверхности (4,5- 5,0)·10³см²/г алюминатного портландцемента марки "500" с долей С₃А в нем 12-14% кварцевого песка с удельной поверхностью (0,1-0,15)·10³см²/г и сульфоалюмината кальция, взятых в соотношении 50: 40: 10 соответственно 4,5-7,0 и вода остальное, и проводят вначале перемешивание воды с микрокремнеземом в скоростном турбулентном бетоносмесителе со скоростью 300-350 об/мин в течение 20-25 с, затем вводят 75% указанной комплексной минеральной добавки и одновременно суперпластификатор и перемешивание проводят в течение 20-25 с, затем подают цемент и перемешивание проводят в течение 55-65 с, после этого в скоростной бетоносмеситель загружают заполнитель указанной меньшей фракции и перемешивание проводят в течение 30-40 с, затем в полученную смесь вводят остальной заполнитель и оставшуюся часть (25%) комплексной минеральной добавки и окончательное перемешивание проводят в обычном низкоскоростном бетоносмесителе со скоростью 50-60 об/мин в течение 55-65 с до получения однородного равнопластичного состояния композиции.

При необходимости изменения подвижного композиции (при неизменном В/Ц-отношении), регулирования периода начального твердения бетона и улучшения дисперсности твердой фазы гидратирующей смеси предусматривают после окончания перемешивания цемента в скоростном турбулентном бетоносмесителе по вышеуказанному способу введение в полученную смесь всего заполнителя и оставшейся части (25%) комплексной минеральной добавки и окончательное перемешивание в низкоскоростном бетоносмесителе со скоростью 50-60 об/мин в течение 90-100 с, при этом с начала приготовления композиции порядок перемешивания остальных компонентов не изменяется.

Входящий в комплексную минеральную добавку сульфоалюминат кальция - порошок с плотностью 2,93 г/см³ и удельной поверхностью до помола 2280 см²/г, имеет химический состав, мас. SiO₂ 1,4; Al₂O₃ 13,1; Fe₂O₃ 0,6; CaO 47,0; MgO 0,5; S0 32,2; остальное (нерастворимый остаток) менее 4.

Удельная поверхность комплексной минеральной добавки после совместного помола ее компонентов (4,5-5,0)·10³см²/г.

Кварцевый песок по ГОСТ 8736-85, содержит минералы, мас. кварц 46,8-59,4; карбонаты 33,4-37,0; песчаники 3,5-6,5; темноцветные минералы 1,4-3,1; кремень 1,1-7,8 остальное 0-0,8.

Цемент по ГОСТ 10178-85 и 22266-76.

Суперпластификатор С-3 раствор 20%-ной концентрации с плотностью 1,009 г/см³, с содержанием сухого вещества 0.195 кг/л раствора (0,180 кг на 1 кг раствора). Соответствует ТУ 6-14-625-80 Минхимпрома СССР и "Рекомендациям по применению добавок суперпластификаторов в производстве сборного и монолитного железобетона", М. НИИЖБ и ЦНИИОМТП Госстроя СССР, 1987.

Примеры выполнения изобретения иллюстрируются в табл.1 (композиция) и табл. 2 (характеристики композиции).

Предлагаемые состав композиции и способы ее приготовления обеспечивают комплексное использование свойств ее высокоактивированных компонентов для получения оптимальных технологических и эксплуатационных характеристик бетона.

Это достигается тем, что действие содержащегося в композиции суперпластификатора гидрофильного типа, снижающего скорость твердения бетона в ранние сроки гидратации, и действие тонкодисперсных активированных частиц наполнителя и цемента, не исключающих наряду с эффектом повышения прочности усадочных напряжений и трещинообразования при твердении, компенсируется действием компонентов комплексной минеральной добавки, устраняющей указанные недостатки.

Механизм действия комплексной минеральной добавки в композиции заключается в том, что ее высокоактивный компонент С₃А, обладающий наибольшей скоростью и глубиной гидратации цементных зерен в начальные сроки, и сульфоалюминат кальция в результате реакции интенсивно образуют кристаллы гидросульфоалюминатов высокосульфатной фазы и низкоосновных гидросиликатов кальция, которые за счет роста и новых циклов реакции способствуют образованию множественных центров гидратации и кристаллообразования с вовлечением в реакцию частиц наполнителя и цемента. Вследствие этого на уровне микроструктуры цементной матрицы добавка выполняет роль катализатора процессов реакции гидратации в начальные сроки, а на уровне макроструктуры образуемого цементного камня продукты реакции расширяют в определенной степени его формируемый каркас, уплотняя его при твердении, что нейтрализует усадочные напряжения в бетоне и улучшает его поровую структуру.

Достигаемое при этом сокращение индукционного периода цементного теста до 20-40 мин обеспечивает полное использование композиции по назначению после завершения ее приготовления. Регулирование вышеизложенных процессов осуществляют тонкостью помола компонентов добавки и ее дозировкой с учетом количественного содержания остальных компонентов композиции и степени ее активации в порядке, предусмотренном в предлагаемых способах.

Осуществление предложенных способов приготовления композиции заявленного состава обеспечивает повышение водонепроницаемости не менее, чем на 4 марки; использование композиции как для получения водонепроницаемого безусадочного защитного покрытия по способу "мокрого" торкретирования при герметизации конструкций, так и для производства строительных изделий; сокращение времени приготовления композиции на 25-30% экономию цемента на 30-35% при улучшении показателей прочности, плотности и морозостойкости бетона.

Формула изобретения

1. Бетонная композиция, преимущественно для торкретбетонных работ, включающая цемент, микрокремнезем с удельной поверхностью (20 40) · 10³см²/г, кварцевый песок, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что она содержит кварцевый песок фракции менее 0,315 мм и 0,315 1,250 мм, суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, а в качестве цемента портландцемент алитовый марки "500" с долей C₃S в нем 60 62% и дополнительно комплексную минеральную добавку продукт совместного помола до удельной поверхности (4,5 5,0) · 10³см²/г алюминатного портландцемента марки "500" с долей C₃A в нем 12 14% кварцевого песка с удельной поверхностью (0,10 0,15)см²/г и сульфоалюмината кальция в соотношении 50 40 10 соответственно, при следующем содержании компонентов, мас.

Портландцемент алитовой марки "500" 27,5 30,5 Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 40)10³см²/г 2,0 3,0 Кварцевый песок фракции менее 0,315 мм 30,0 32,0 Кварцевый песок фракции 0,315 1,250 мм 22,0 24,5 Суперпластификатор С-3 0,5 1,5 Комплексная минеральная добавка 4,5 7,0 Вода Остальное 2. Способ приготовления бетонной композиции, включающий смешение в скоростном турбулентном бетоносмесителе цемента, микрокремнезема с удельной поверхностью (20 40) · 10³ см²/г, кварцевого песка, суперпластификатора и воды, окончательное перемешивание полученной смеси в низкоскоростном бетоносмесителе, отличающийся тем, что сначала перемешивают в скоростном турбулентном бетоносмесителе с частотой 300 350 мин^-1 в течение 20 25 с воду с микрокремнеземом, затем вводят суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и одновременно 75% комплексной минеральной добавки продукта совместного помола до удельной поверхности (4,5 5,0) · 10³см²/г смеси алюминатного портландцемента марки "500" с долей C₃A в нем 12 14% кварцевого песка с удельной поверхностью (0,10 0,15) · 10³см²/г и сульфоалюмината кальция в соотношении 50 40 10 соответственно и перемешивают в течение 20 25 с, затем подают алитовый портландцемент марки "500" с долей C₃S в нем 60 62% и перемешивают в течение 55 65 с, после этого вводят кварцевый песок фракции менее 0,315 мм и перемешивание проводят в течение 30 40 с, в полученную смесь вводят 25% комплексной добавки и кварцевый песок фракции 0,315 1,250 мм и проводят окончательное перемешивание в низкоскоростном смесителе с частотой 50 60 мин^-1 в течение 55 65 с при этом приготовленная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Портландцемент алитовый марки "500" 27,5 30,5 Кварцевый песок фракции менее 0,315 мм 30,0 32,0
Кварцевый песок фракции 0,315 1,250 мм 22,0 24,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 40) · 10³см²/г- 2,0 3,0
Суперпластификатор С-3 0,5 1,5
Комплексная минеральная добавка 4,5 7,0
Вода Остальное
3. Способ приготовления бетонной композиции, включающий смешение в скоростном турбулентном бетоносмесителе цемента, микрокремнезема с удельной поверхностью (20 40) · 10³ см²/г, кварцевого песка, суперпластификатора и воды, окончательное перемешивание полученной смеси в низкоскоростном бетоносмесителе, отличающийся тем, что сначала перемешивают в скоростном турбулентном бетоносмесителе с частотой 300 350 мин^-1 в течение 20 25 с воду с микрокремнеземом, затем вводят суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом и одновременно 75% комплексной минеральной добавки, содержащей смесь с удельной поверхностью (4,5 5,0) · 10³см²/г продукта совместного помола алюминатного портландцемента марки "500" с долей C₃A в нем 12 14% кварцевого песка с удельной поверхностью (0,10 - 0,15) · 10³см²/г и сульфоалюмината в соотношении 50 40 10 соответственно и перемешивают в течение 20 25 с, затем вводят алитовый портландцемент марки "500" с долей C₃S в нем 60 62% и перемешивают 55 65 с, в полученную смесь вводят кварцевый песок и оставшуюся часть 25% комплексной минеральной добавки и проводят окончательное перемешивание композиции в низкоскоростном бетоносмесителе с частотой 50 60 мин^-1 в течение 90 100, с при этом композиция содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Портландцемент алитовый марки "500" 27,5 30,5
Кварцевый песок фракции О менее 0,315 мм 30,0 32,0
Кварцевый песок фракции 0,315 1,250 мм 22,0 24,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 40) · 10³см²/г 2,0 3,0
Суперпластификатор С-3 0,5 1,5
Комплексная минеральная добавка 4,5 7,0
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.10.2004

Извещение опубликовано: 10.10.2005        БИ: 28/2005

---