Бетонная смесь
Владельцы патента RU 2536893:
Несветаев Григорий Васильевич (RU)
Потапова Юлия Игоревна (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный строительный университет", РГСУ (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству бетона, предназначенного для стыков, инъектирования каналов, заполнения пространств, при бетонировании тоннелей и т.п. Технический результат - обеспечение надежного контакта твердеющего бетона с поверхностью бетонируемого пространства и компенсации усадочных деформаций, что обеспечивает плотность и непроницаемость зоны контакта-стыка. Бетонная смесь включает портландцемент, щебень фракции 5-10, песок, воду, комплексную расширяющую добавку, содержащую глиноземистый цемент и молотый гипсовый камень. Комплексная расширяющая добавка дополнительно содержит суперпластификатор Glenium-51 и пудру алюминиевую при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 17-21, щебень гранитный фракции 5-10 мм 31-33, песок двух фракций 0,16-0,63 мм и 1,25-5 мм с модулем крупности 2,7 31-37, комплексная расширяющая добавка 3,3-6,6, вода остальное. Комплексная расширяющая добавка содержит, мас.%: глиноземистый цемент с содержанием Al2O3 не менее 35 мас.% 69-72 , молотый гипсовый камень с содержанием SO3 не менее 42 мас.% 22-24, суперпластификатор Glenium-51 3,2-7,9, пудра алюминиевая 0,8-1,1. 9 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству бетона, предназначенного для стыков, инъектирования каналов, заполнения пространств, при бетонировании тоннелей и т.п.
Известна бетонная смесь, включающая, мас.%: портландцемент 13-22; щебень 42-44; песок 25-29; расширяющую добавку 1-5; воду. Добавка, которая включает: алюмосодержащий компонент с содержанием Al2O3 не менее 15 мас.% 58-65; сульфатсодержащий компонент с содержанием SO3 не менее 30 мас.% 22-24; сульфат натрия 8-10; пластификатор 5-8. Прочность через сутки 27,8-33,1 МПа, через 7 суток 43,3-45,1 МПа, водонепроницаемость через 7 суток 10-12 атм (Патент РФ №2069038, C04B 28/2, C04B 111:20 «Бетонная смесь», опубл. 10.11.1996 г.).
Наиболее близким техническим решением является бесшовный монолитный бетонный пол из смеси на основе портландцемента, расширяющей добавки, щебня и песка, который выполнен из бетона с осевым растяжением, равным 1,1-1,3 расчетной величины осевого растяжения бетона и водонепроницаемостью 8-20 атм, а расширяющая добавка содержит, мас.%: алюмосодержащий компонент с содержанием Al2O3 не менее 20% по массе 40-50, сульфатсодержащий компонент с содержанием SO3 не менее 35% по массе 50-60, при следующем содержании компонентов бетонной смеси, мас.%: портландцемент 15-20; расширяющая добавка 1,2-2,0; щебень фракции 5-10 мм 42-49; песок Мкр 2,0-2,2 25-29; вода - остальное (Патент РФ №2137730, C04B 28/02, E04F 15/00 «Бесшовный монолитный бетонный пол», опубл. 20.09.1999 г.).
Недостатком известной смеси является то, что она не обеспечивает компенсацию усадочных деформаций, плотность и непроницаемость зоны контакта (стыка).
Задача изобретения состоит в создании бетонов с двустадийным расширением, когда на первом этапе вследствие расширения бетонной смеси с увеличением объема до 10% обеспечивается гарантированное заполнение бетонируемого пространства, а на втором этапе в процессе твердения происходит расширение твердеющего бетона в условиях ограничения развития деформаций, вследствие чего обеспечивается надежный контакт твердеющего бетона с поверхностью бетонируемого пространства и компенсация усадочных деформаций, что обеспечивает плотность и непроницаемость зоны контакта (стыка).
Сущность изобретения заключается в том, что бетонная смесь включает портландцемент, щебень фракции 5-10 мм, песок, воду, комплексную расширяющую добавку, содержащую глиноземистый цемент и молотый гипсовый камень, при этом комплексная расширяющая добавка дополнительно содержит суперпластификатор Glenium-51 и пудру алюминиевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 17-21 |
| Щебень гранитный фракции 5-10 мм | 31-33 |
| Песок двух фракций 0,16-0,63 мм и 1,25-5 мм | |
| с модулем крупности 2,7 | 31-37 |
| Комплексная расширяющая добавка | 3,3-6,6 |
| Вода | остальное |
Комплексная расширяющая добавка содержит, мас.%:
| Глиноземистый цемент | |
| с содержанием Al2O3 не менее 35 мас.% | 69-72 |
| Молотый гипсовый камень | |
| с содержанием SO3 не менее 42 мас.% | 22-24 |
| Суперпластификатор Glenium-51 | 3,2-7,9 |
| Пудра алюминиевая | 0,8-1,1 |
Использование комплексной расширяющей добавки с содержанием глиноземистого цемента с содержанием Al2O3 не менее 35 мас.% 69-72 и молотого гипсового камня с содержанием SO3 не менее 42 мас.% 22-24 позволяет повысить проектное значение прочности на изгиб. Механизм действия добавки сульфоалюминатного типа основан на формировании в структуре цементного теста на ранней стадии гидратации кристаллов гидросульфоалюминатов кальция, вызывающих рост объема материала в еще не сформировавшейся поровой структуре бетона, увеличивающий ее плотность, что повышает прочностные характеристики конструкции.
Использование суперпластификатора Glenium-51 позволяет получить литые самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, что чрезвычайно важно, так как предлагаемая бетонная смесь в соответствии с технологией приготовления не может быть подвергнута виброуплотнению. При снижении расхода воды затворения суперпластификатор Glenium-51 позволяет получить бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба эти эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличивать прочность бетона за счет снижения расхода воды.
Использование пудры алюминиевой позволяет добиться увеличения объема бетонной смеси на начальной стадии за счет химической реакции с портландцементом, сопровождающейся газообразованием. Данное увеличение объема позволяет производить гарантированное заполнение требуемого объема при видах работ, где недоступен или затруднен процесс инструментального контроля за бетонированием.
Благодаря использованию расширяющих добавок, которые можно вводить непосредственно на строительной площадке, предлагаемая бетонная смесь позволяет отказаться от специальных цементов и применить в качестве вяжущего обычный цемент, что приводит к снижению себестоимости и упрощению работ.
Характеристики исходных материалов
1. Портландцемент
В качестве основной цементной составляющей использовался бездобавочный цемент отечественного производства, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178. Химические и минералогические составы цемента и его характеристики приведены в табл.1, 2, 3.
2. Щебень
В качестве крупного заполнителя использовался щебень гранитный Павловского карьера фракции 5-10 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 23732.
3. Песок
В качестве мелкого заполнителя использовался песок для строительных работ (природный обогащенный) Малкинского песчано-гравийного карьера, поставляемый в виде двух фракций - крупной (размерами зерен от 1,25 до 5 мм) и мелкой (размерами зерен от 0,16 до 0,63 мм), соответствующие ГОСТ 8736-93 (с учетом требований ГОСТ 26633) с модулем крупности не менее 2,5. Содержание ПГ менее 2%. Содержание глины в комках отсутствует. В таблице 4 приведены основные свойства песка. Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение крупной и мелкой фракций песка выбрано в пределах: крупной - от 30% до 50%, мелкой - от 50% до 70% по массе. Поставщик - ООО «ТиМ».
4. Глиноземистый цемент
В качестве алюмосодержащего компонента комплексной расширяющей добавки использовался глиноземистый цемент Isidac-40 производства компании CimSA, Турция. Химический состав глиноземистого цемента и его характеристики приведены в табл.5, 6.
5. Гипсовый камень
В качестве сульфатсодержащего компонента комплексной расширяющей добавки применялся молотый гипсовый камень, соответствующий ГОСТ 4013-82.
6. Суперпластификатор
Применялся суперпластификатор Glenium-51 - коричневая маслянистая жидкость с содержанием активного компонента 35% производства "BASF". Технические характеристики суперпластификатора приведены в табл.7.
7. Пудра алюминиевая
Применялась пудра алюминиевая пигментная (ПАП), соответствующая ГОСТ 5494-95. Частицы алюминия в пудре имеют пластинчатую форму и покрыты тонкой оксидной и жировой пленкой. Пудра представляет собой легкомажущийся продукт серебристо-серого цвета, не содержащий видимых невооруженным глазом инородных примесей. Насыпная плотность пудры составляет около 0,15-0,30 г/см3, содержание активного алюминия - 85-93%. Средняя толщина лепестков составляет приблизительно 0,25-0,50 мкм, а средний линейный размер 20-30 мкм. Изготавливается из первичного алюминия или его отходов. Технические характеристики пудры алюминиевой представлены в табл.8.
8. Вода
Воду при приготовлении бетонной и растворной смеси применяли водопроводную, соответствующую ГОСТ 23732.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемой бетонной смеси были изготовлены стандартные образцы-кубы с размером ребра 10 см и образцы-балочки с размерами 4×4×16 см с различным соотношением вышеперечисленных компонентов.
Образцы изготовлялись следующим образом.
Компоненты дозировались в требуемых количествах. Портландцемент, щебень гранитный фракции 5-10 мм, песок двух фракций 0,16-0,63 мм и 1,25-5 мм с модулем крупности 2,7, глиноземистый цемент, молотый гипсовый камень, суперпластификатор Glenium-51, воду смешивают, добавляют пудру алюминиевую и еще раз смешивают. Приготовленную бетонную смесь укладывают без виброуплотнения и оставляют до затвердевания.
После затвердевания образцов были определены значения прочности на сжатие, прочность на осевое растяжение по ГОСТ 10180, водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5, морозостойкость по ГОСТ 10060.0-10060.4 и сульфатостойкость по ГОСТ 27677. Составы бетонных смесей и результаты испытаний приведены в табл.9.
Бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень фракции 5-10 мм, песок, воду, комплексную расширяющую добавку, содержащую глиноземистый цемент и молотый гипсовый камень, отличающаяся тем, что комплексная расширяющая добавка дополнительно содержит суперпластификатор Glenium-51 и пудру алюминиевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 17-21 |
| Щебень гранитный фракции 5-10 мм | 31-33 |
| Песок двух фракций 0,16-0,63 мм и 1,25-5 мм | |
| с модулем крупности 2,7 | 31-37 |
| Комплексная расширяющая добавка | 3,3-6,6 |
| Вода | Остальное |
а комплексная расширяющая добавка содержит, мас.%:
| Глиноземистый цемент | |
| с содержанием Al2O3 не менее 35 мас.% | 69-72 |
| Молотый гипсовый камень | |
| с содержанием SO3 не менее 42 мас.% | 22-24 |
| Суперпластификатор Glenium-51 | 3,2-7,9 |
| Пудра алюминиевая | 0,8-1,1 |
