Бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона
Владельцы патента RU 2378213:
Кениг Валерий Густавович (RU)
Тарасова Анна Юрьевна (RU)
Петров Владимир Владимирович (RU)
Изобретение относится к составу бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона на основе тяжелых заполнителей и может быть использовано для изготовления различных строительных деталей и конструкций с повышенным объемным весом, а также как материал, предназначенный для использования в конструкциях с большими динамическими нагрузками, требующими повышенной устойчивости. Бетонная смесь содержит, мас.%: цемент ПЦ 500Д0-Н 10,9-11,5, золу-унос 0,97-2,4, баритовый концентрат различных фракций 79,1-80,72, поликарбоксилаты, 0,11-0,16, лигносульфонаты 0,01-0,02, воду 6,76-6,88. Технический результат - повышение средней плотности и прочности бетона, получение наиболее плотной структуры бетона, а также расширение сырьевой базы. 2 табл.
Изобретение относится к составу бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона на основе тяжелых заполнителей с удельным весом >3,8 г/см3 и может быть использовано для изготовления различных строительных деталей и конструкций с повышенным объемным весом, а также как материал, предназначенный для использования в конструкциях с большими динамическими нагрузками, требующими повышенной устойчивости.
На современном рынке строительных материалов существует потребность в тяжелых бетонах, содержащих заполнители, например барит, лимонит с удельным весом >3,8 г/см3, и служащих для изготовления различных строительных деталей и конструкций с объемным весом бетона γo=3000-3300 кг/м3, например, массивные фундаменты, испытательные стенды, различные пригрузы, балансиры и т.д.
Известна бетонная смесь для изготовления изделий и конструкций из тяжелого бетона, включающая высококальциевую золу-унос, щебень, песок, хлоридсодержащую добавку и воду (RU 2101251 С1, С04В 28/08, 15.08.1995). Указанная смесь не позволяет на ее основе получать конструкции с объемным весом в пределах 3000-3300 кг/м3, а хлоридсодержащая добавка может стать причиной коррозии арматурного каркаса бетонируемого изделия.
Наиболее близкой к предложенной является бетонная смесь, включающая гидравлический цемент, барит, золу-унос, а также различные химические добавки, в том числе на основе карбоксилатов и сульфонатов (GB 1413121, С04В 28/04, 05.11.1975).
Указанная смесь обеспечивает получение конструкций с объемным весом 3000-3300 кг/м3, однако не позволяет в должной мере обеспечить другие характеристики бетона: подвижность и сохраняемость для дальних перевозок.
Задачей изобретения является повышение средней плотности и прочности бетона, а также расширение сырьевой базы путем сокращения дозировки наиболее легких составляющих бетонной смеси, в частности воды.
Другой задачей изобретения является получение наиболее плотной структуры бетонного камня за счет оптимального подбора соотношения составляющих бетонной смеси, в частности баритового концентрата и золы-уноса, а применение химических добавок последнего поколения - поликарбоксилатов, позволяет значительно сократить расход воды и тем самым увеличить ее плотность.
Поставленная задача решается тем, что бетонная смесь включает цемент из клинкера нормированного состава ПЦ 500Д0-Н, баритовый концентрат различных фракций, золу-унос (порошковая из отходов производства), а также комплексные химические добавки на основе поликарбоксилатов и лигносульфонатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%
| портландцемент ПЦ 500Д0-Н | 10,9-11,5 |
| зола-унос | 0,97-2,4 |
| баритовый концентрат | 79,1-80,72 |
| добавки: поликарбоксилаты | 0,11-0,16 и |
| лингосульфонаты | 0,01-0,02 |
| вода | 6,76-6,88 |
Сущность изобретения заключается в том, что уменьшив расходы цемента и воды на единицу объема (м3), высвободившуюся часть объема смеси заполняют баритовым концентратом, тем самым увеличивая удельный вес бетонной смеси.
Указанный состав бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона позволяет повысить среднюю плотность и прочность материала, а также расширить сырьевую базу путем сокращения дозировки наиболее легких составляющих бетонной смеси, в частности воды.
Бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона предназначена для строительных конструкций с повышенным объемным весом, включает портландцемент, изготовленный из клинкера нормированного состава, утяжеленный заполнитель (баритовый или лимонитовый концентрат с плотностью не менее 3,8 г/см3) различных фракций в зависимости от назначения бетонной смеси, условий перевозки и укладки. Также бетонная смесь включает золу-унос сухого отбора с электрофильтров тепловых электростанций, образующуюся в результате сжигания углей в пылевидном состоянии, т.е. используются отходы от сжигания топлива, тем самым улучшается экология. Кроме того, в составе бетонной смеси используются суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов.
Соотношение компонентов бетонной смеси составляет по массе в %: цемент ПЦ 500Д0-Н 10,9-11,5 мас.%, баритовый концентрат 79,1-80,72 мас.%, зола-унос 0,97-2,4 мас.%, поликарбоксилаты 0,11-0,16 мас.%, лигносульфонаты 0,01-0,02 мас.% и воду 6,76-6,88. Вода дозируется в зависимости от условий перевозки, укладки бетонной смеси, требуемой прочности и т.д. Цемент ПЦ 500Д0-Н должен отвечать требованиям ГОСТ 10178, баритовый концентрат - ГОСТ 4682, зола-унос - ГОСТ 25818.
Золы-уноса имеют следующий химический состав: SiO2 46,44%; Al2O3 10,86%; Fe2O3 10,00%; СаО 22,15%; MgO 5,98%; SO3 2,17%; TiO2 0,60%; Na2O 0,74%; K2O 0,56%. Удельная поверхность 374 м2 /кг. Остаток на сите 008-7,0%.
Применение золы-унос в настоящем составе бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона позволяет кроме утилизации отходов производства, получить более плотную структуру бетона, сократить расход цемента или увеличить его прочностные характеристики, а также улучшить технологические свойства бетонной смеси.
Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителе принудительного действия.
Исходные материалы в работающий бетоносмеситель можно загружать одновременно (заполнитель - баритовый концентрат, цемент), а растворы химических добавок вводить вместе с водой затворения.
В зимнее время при использовании горячей воды порядок загрузки может быть следующим: заполнитель - баритовый концентрат, горячая вода, цемент.
Конкретные составы бетонных смесей и параметры их приготовления приведены в табл.1, а результаты испытания образцов, полученных из бетонных смесей, приведены в табл.2.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона имеет высокую среднюю плотность, при невысоких расходах цемента, обладает высокой прочностью, сохраняет свои свойства (обладает хорошей живучестью) до 2-х часов и более, что легко достигается корректировкой состава. Применение в составе бетонной смеси отходов производства - золы-унос - позволяет значительно снизить себестоимость материала и решить проблему утилизации отходов.
Учитывая то, что основной задачей при проектировании и создании состава бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона являлось получение максимального удельного веса, изыскивались возможности наибольшего сокращения дозировки наиболее легких ее составляющих, т.е. воды и замены их наиболее тяжелыми - баритовый концентрат.
Введение золы-унос позволяет ей уплотнить цемент. Получается как бы одна фаза в другой. Цемент уплотняет баритовый концентрат, а зола-унос уплотняет цемент, что позволяет увеличить прочность бетона или при заданной прочности уменьшить расход цемента и воды. Таким образом, уменьшив расходы цемента и воды на единицу объема (м3), высвободившуюся часть объема заполняют баритовым концентратом, тем самым увеличивая удельный вес бетонной смеси. В то же время остальные характеристики бетонной смеси: прочность, подвижность, сохраняемость остаются неизменными, а если и изменяются, то в лучшую сторону.
Предложенная бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона позволяет получить тяжелый бетон, в том числе с удельным весом γо=3000-3300 кг/м3. Кроме того, предложенная бетонная смесь позволяет надежно сохранять свои характеристики при перевозках и тем самым повысить долговечность изготавливаемых из нее бетонных конструкций.
Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты бетонной смеси | Предлагаемый состав, масса, % | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Портландцемент ПЦ 500Д0-Н | 11,5 | 11,5 | 10,9 | 11,34 |
| Зола-унос | 2,4 | 2,4 | 2,2 | 0,97 |
| Баритовый концентрат 0-5мм | 79,16 | 79,1 | - | - |
| Баритовый концентрат 0-8мм | - | - | 79,9 | - |
| Баритовый концентрат 0-13мм | - | - | - | 80,72 |
| Поликарбоксилаты | 0,16 | 0,11 | 0,11 | 0,12 |
| Лигносульфонаты | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,02 |
| Вода | 6,76 | 6,87 | 6,88 | 6,83 |
| Таблица 2. | ||||
| Показатели тяжелого бетона | Предлагаемый состав | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Средняя плотность, кг/м3 | 3140 | 3120 | 3140 | 3087 |
| Осадка конуса, см | 18 | 20 | 18 | 24 |
| Сохранение подвижности, ч | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Предел прочности при сжатии через 3 сут, МПа | 26,8 | - | 24,1 | 34,0 |
| Предел прочности при сжатии через 7 сут, МПа | 37,7 | - | 30,6 | 46,0 |
| Предел прочности при сжатии через 28 сут, МПа | - | 46,3 | - | 54,6 |
Бетонная смесь, включающая цемент из клинкера нормированного состава ПЦ 500Д0-Н, баритовый концентрат различных фракций, золу-унос, а также комплексные химические добавки - поликарбоксилаты и лигносульфонаты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент ПЦ 500Д0-Н | 10,9-11,5 |
| Зола-унос | 0,97-2,4 |
| Баритовый концентрат | 79,1-80,72 |
| Добавки: поликарбоксилаты и | 0,11-0,16 |
| Лигносульфонаты | 0,01-0,02 |
| Вода | 6,76-6,88 |
