Композиционная сырьевая смесь для изготовления гидротехнических свай

Авторы патента:

Рябов Геннадий Гаврилович (RU)

Изотов Евгений Анатольевич (RU)

Хмелевский Максим Викторович (RU)

C04B28/04 - портландцементы

C04B24/24 - высокомолекулярные соединения (C04B 24/14 имеет преимущество; высокомолекулярные соединения, содержащие сульфонатные или сульфатные группы C04B 24/16)

C04B18/08 - пыль, уносимая газами

C04B111/20 - Известь; магнезия; шлак; цементы; их составы, например строительные растворы, бетон или аналогичные строительные материалы; искусственные камни; керамика (кристаллизуемая стеклокерамика C03C 10/00); огнеупоры, обработка природного камня

Владельцы патента RU 2764758:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)

Решение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления гидротехнических свай. Задачей технического решения является увеличение прочности, водонепроницаемости, коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя и коэффициента гидравличности. Композиционная сырьевая смесь для изготовления гидротехнических свай содержит портландцемент, щебень, песок, золу-унос, суперпластификатор, воду, причем в качестве суперпластификатора на поликарбоксилатэфирном основании взят MasterGlenium АСЕ 430 и дополнительно введен модификатор вязкости MasterMatrix 100 при следующем соотношении компонентов, масс. %: портландцемент 15,86-17,84; зола-унос 1,984-3,96; песок 37,4-37,82; щебень 33,28-33,7; суперпластификатор 0,14-0,16; модификатор вязкости 0,016-0,020; вода 8,5-9,32. 4 табл.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления гидротехнических свай.

Известен состав бетонной смеси приведенный в патенте РФ №2435746, МПК⁸ С04В 28/04, С04В 111/20. Он включает компоненты: портландцемент марки не ниже М500 150-300; суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира 10-15% от массы цемента в пересчете на сухое вещество; микрокремнезем 10-15% от массы цемента; кварцевый или полевошпатный песок 400-550; щебень из плотных горных пород 800-850; молотый кварцевый песок или каменная мука 150-250; очень мелкий кварцевый песок 400-500, вода 140-170.

Наряду с достоинствами (низкий расход цемента на единицу прочности, не более 4,5 кг/МПа), имеются и недостатки: используется щебень из плотных горных пород, марки по дробимости 800-1400, который является дефицитным и дорогостоящим; недостаточные реологические свойства.

Известен состав бетонной смеси (патент РФ №2616964, МПК С04В 28/04, С04В 24/26, С04В 18/24, 2017 г.) включающий портландцемент, кварцевый песок, щебень гранитный, тонкомолотый наполнитель, добавку и воду, содержащий в качестве песка - кварцевый песок с модулем крупности 2,2, в качестве тонкомолотого наполнителя - тонкомолотый известняк с удельной поверхностью 260 м²/кг, а в качестве добавки - различные химические модификаторы.

Недостатком данного бетона является необходимость значительного уплотнения в опалубке.

Известен самоуплотняющийся бетон (патент РФ №2679322, МПК⁸ С04В 28/04, С04В 24/26, С04В18/24, 2019 г.) содержащий: портландцемент ЦЕМ I 42,5Н; золу рисовой шелухи; мелкий заполнитель - песок 40%; щебень 31-32%, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира 0,7-1%; воду 7-9%.

Недостаток данного бетона - низкий коэффициент раздвижки зерен, значительная водопроницаемость.

Состав композиционной сырьевой смеси приведенный в патенте RU 2569947 МПК С04В 28/04 от 10.12.2015 г. «Бетон песчаный» имеет следующий состав, масс %: 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.

Недостатком данного технического решения является низкий коэффициент гидравличности, повышенная водопроницаемость.

Наиболее близкий состав композиционной сырьевой смеси приведен в патенте RU 2307810С, МПК⁸ С04В 28/04, В28С 5/00, С04В 24/24, С04В 103/32, С04В 111/22 от 10.10.2007 г. «Бетонная смесь и способ ее приготовления» содержит: портландцемент 12,5-16,5%; щебень 39-40%; песок 27-29,3%; бентонит 0,15-0,25%; золу-унос 7,5-8,5%; суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании (Addiment FM 40) 0,3-0,35%; вода 9,5-10%.

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность из-за низкого коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя, незначительный коэффициент гидравличности и повышенная водопроницаемость.

Задачей технического решения является увеличение прочности и водонепроницаемости путем повышения коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя и коэффициента гидравличности.

Для решения поставленной задачи предложена композиционная сырьевая смесь для изготовления гидротехнических свай, содержащая портландцемент, щебень, песок, золу-унос, суперпластификатор, воду, причем в качестве суперпластификатора на поликарбоксилатэфирном основании взят MasterGlenium АСЕ 430 и дополнительно введен модификатор вязкости MasterMatrix 100 при следующем соотношении компонентов, масс %:

Портландцемент	15,86-17,84;
Зола-унос	1,984-3,96;
Песок	37,4-37,82;
Щебень	33,28-33,7;
Суперпластификатор	0,14-0,16;
Модификатор вязкости	0,016-0,020;
Вода	8,5-9,32.

Состав предлагаемой композиционной сырьевой смеси для изготовления гидротехнических свай и прототипа приведен в таблице 1.

В качестве критерия оценки коэффициента гидравличности и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя приняты следующие соотношения:

Характеристика материалов

1. Цемент (Филиал ООО «ХайдельбергЦемент Рус» в п. Новогуровский - Алексинский район, Тульская область). Портландцемент типа ЦВМ I класса прочности 42,5, нормальнотвердеющий по ГОСТ 31108-2016:

- класс прочности (МПа): не менее 42,5;

- средняя активность цемента в возрасте 2 суток (МПа): 28,4;

- вспомогательные компоненты (%): 4,5;

- специальные добавки (%): нет;

- технологические добавки (интенсификатор помола) (%): 0,02;

- нормальная густота цементного теста (%): 28,60;

- ложное схватывание: нет;

- равномерность изменения объема (расширение) мм, при норме не более 10 мм: 1,0;

- удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Бк/кг), при норме не более 370 Бк/кг: 134.

2. Зола-унос марки КУК-4 по ГОСТ 25818-2017 (филиал «Черепетская ГРЭС имени Д.Г. Жимерина» ОАО «Интер РАО - Электрогенерация» - Тульская область, г. Суворов.):

- остаток на сите №008, %: 5,5;

- удельная поверхность, см²/г: 3000;

- влажность, %: 0,10;

- насыпная плотность: 1,40;

- удельная активность естественных радионуклидов, Бк/кг: 221.

3. Песок (ООО «ТоргСервис 71», Вороваевское месторождение - Калужская область). Песок (речной) по ГОСТ 8736-2014:

- класс, группа: 2 класс; гр. «Мелкий»;

- модуль крупности: 1,71;

- полный остаток на сите №063, %: 10,28;

- содержание глинистых и пылевидных частиц, %: 1,12;

- удельная эффективная активность радионуклидов (Аэфф), Бк/кг: 23,88 (±20,20);

- коэффициент фильтрации, м/сут: 6.

4. Щебень из плотных горных пород (ООО «Обуховский щебзавод», Обуховское месторождение - Ростовская область, Красносулинский район).

Щебень смеси фракций от 5 до 20 мм по ГОСТ 8267-93:

Марка щебня по дробимости: 1200;

Марка щебня по истираемости: И1;

Марка по морозостойкости: F200;

Насыпная плотность для перевода количества материала из единиц массы в объемные: 1,42 т/м³;

Содержание зерен слабых пород 0,3% по массе;

Удельная эффективная активность радионуклидов (А эфф.): 247±17 Бк/кг, первый класс использования;

Устойчивость структуры щебня против распадов 1,6%;

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы 13,24%, 2 гр.;

Содержание пылевидных и глинистых частиц 0,46% по массе;

Содержание глины в комках 0,00% по массе;

Содержание вредных компонентов и примесей:

- каменный уголь до 0%,

- пирита до 0,01%,

- сульфатов до 0,02%.

5. Суперпластификатор - MasterGlenium АСЕ 430 (ООО «Новые технологии строительства» - г. Тула, официальный дилер BASF). Высоководоредуцирующая/суперпластифицирующая добавка на основе эфира поликарбоксилата для производства сборных железобетонных изделий и конструкций. (Раствор основан на поликарбоксилате и воде):

- производитель: BASF («Badische Anilin- & Soda-Fabrik» / «Бадише анилин-унд сода- фабрик» - Германия);

- внешний вид: однородная жидкость оранжевого или светло-коричневого цвета;

- плотность при 20°С, г/см: 1,06±0,02;

- водородный показатель, рН: 5,5;

- содержание Cl-иона, в масс. %, не более: 0,1.

6. Модификатор вязкости MasterMatrix 100 (ООО «Новые технологии строительства» - г. Тула, официальный дилер BASF). Высокоэффективная добавка на основе водного раствора высокомолекулярного синтетического полимера - модификатор вязкости для подвижных и самоуплотняющихся бетонов:

- производитель: BASF («Badische Anilin- & Soda-Fabrik» / «Бадише анилин-унд сода- фабрик» - Германия);

- внешний вид: однородная жидкость светло-коричневого цвета;

- плотность, кг/м: 1010;

- водородный показатель, рН: 8;

- содержание Cl-иона, в масс. %, не более: 0,1.

7. Вода для бетонов и строительных растворов по ГОСТ 23732-2011.

Пример реализации

Приготовление разработанной композиционной сырьевой смеси для изготовления гидротехнических свай осуществлялось следующим образом. Сначала в сухом виде перемешивают портландцемент, щебень, песок, золу-унос в течение 15-25 секунд до получения однородной смеси, суперпластификатор и модификатор вязкости растворяют во всем количестве воды затворения, после чего 2/3 полученного водного раствора вводят в сухую смесь и перемешивают в течение 25-35 секунд, затем в полученную смесь вводят оставшуюся 1/3 водного раствора суперпластификатора и модификатора вязкости и повторно перемешивают в течение 35-55 секунд.

Разделение водного раствора суперпластификатора на две части и поочередное введение в сухую смесь сначала 2/3 водного раствора суперпластификатора, перемешивание, а затем введение оставшейся 1/3 водного раствора суперпластификатора и повторное перемешивание позволяет сухой смеси адсорбировать всю воду, что невозможно при одновременном введении всего количества водного раствора, так как при одновременном введении всей воды происходит ее полная адсорбция на поверхности заполнителей и вяжущего.

Из каждого разработанного состава композиционной сырьевой смеси для изготовления гидротехнических свай и прототипа изготовлено (отформовано без уплотнения и вибрации) по двенадцать образцов-кубиков 100×100×100 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 10181-2014, ГОСТ 18105-2018 и ГОСТ 7473-2010 в предварительно очищенные и смазанные формы, отвечающие ГОСТ 22685-89. Укладка смеси производилась сразу после ее приготовления.

Кубики подверглись тепловой обработке, на стенде, при температуре t=45±5°С. Время ТО - 20 часов. Распалубка образцов осуществлялась после тепловой обработки. После распалубки образцы хранились при t=20±5°С при влажности 90-95%. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Анализ результатов испытаний

Предлагаемое техническое решение позволило получить композиционную сырьевую смесь для изготовления гидротехнических свай с улучшенными физико-механическими характеристиками по отношению к прототипу.

Из анализа результатов испытаний видно, что оптимальным составом является №2, так как он обеспечивает выполнение поставленной задачи технического решения.

По результатам сравнения показателей разработанной композиционной сырьевой смеси для изготовления гидротехнических свай с показателями прототипа, установлено:

- прочность образцов на сжатие увеличилась на 20%;

- коэффициент гидравличности увеличился на 15%;

- коэффициент раздвижки зерен увеличился на 12%.

Механизм твердения характеризуется способностью таких композиционных бетонных смесей растекаться и уплотняться под действием собственной массы. Качественное заполнение опалубки происходит без применения внешней и внутренней вибрации. Бетонную смесь можно подавать к месту укладки по трубопроводу, сохраняя ее однородность.

Реологические свойства таких смесей оцениваются не только традиционно, по осадке стандартного конуса, но и по расплыву, способных к самонивелированию бетонной смеси.

Композиционная сырьевая смесь для изготовления гидротехнических свай содержит портландцемент, щебень, песок, золу-унос, суперпластификатор, воду, отличающаяся тем, что в качестве суперпластификатора на поликарбоксилатэфирном основании взят MasterGlenium АСЕ 430 и дополнительно введен модификатор вязкости MasterMatrix 100 при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Портландцемент	15,86-17,84
Зола-унос	1,984-3,96
Песок	37,4-37,82
Щебень	33,28-33,7
Суперпластификатор	0,14-0,16
Модификатор вязкости	0,016-0,020
Вода	8,5-9,32

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском, промышленном и дорожном строительстве, в том числе с использованием нанотехнологий. Для повышения прочности на сжатие, удельной электропроводности электропроводного бетона сырьевая смесь для электропроводного бетона включает портландцемент ЦЕМ 1 32,5 Н, углеродный наноматериал, полученный в качестве побочного продукта при плазменной газификации угля, кварц-полевошпатовый песок, гранитный щебень фракции 5-20 мм и воду, а кварц-полевошпатовый песок содержит с Мкр=2,1, при этом указанный углеродный наноматериал предварительно подвергнут ультразвуковой обработке в диспергаторе «СТ-400А СТ-Brand» в течение 10 минут с водой затворения, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент 16,79-18,89; кварц-полевошпатовый песок с Мк=2,1 29,39-30,64; щебень гранитный фракции 5-20 мм 41,98-46,18, указанный углеродный наноматериал 0,08-0,1; вода затворения 7,56-8,39.

Смесь для получения декоративного композита заданной колористики в технологии строительной 3d-печати и способ её получения // 2762841

Изобретение относится к области производства строительных материалов, адаптированных к технологии строительной 3D-печати и имеющих архитектурную выразительность. Технический результат заключается в получении 3D-печатной смеси для декоративного объемно-окрашенного композита заданной колористики с высокими эксплуатационными характеристиками, обладающую пластичностью и формоустойчивостью.

Сырьевая смесь для защитного покрытия // 2762272

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для защиты поверхностей бетонных и железобетонных конструкций в гражданском и промышленном строительстве. Технический результат заключается в повышении адгезионной прочности к поверхности бетонного основания и повышении коррозионной устойчивости защитного покрытия относительно магнезиальной коррозии.

Тампонажный состав // 2761396

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в газовых, газоконденсатных и нефтяных скважинах. Тампонажный состав содержит тампонажный портландцемент бездобавочный высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1, кварц молотый пылевидный марки «Б», золу-уноса ЗУ КУК-Б-3, микрокремнезем конденсированный МК-85, пластификатор на основе поликарбоксилатных полимеров WellFix Р-100, хлорид кальция, алюминиевую пудру ПАП-1, Неонол АФ 9-4, гидроксиэтилцеллюлозу Натросол 250 KR, 18%-ный раствор хлорида натрия.

Тампонажный портландцементный состав // 2761317

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах. Тампонажный портландцементный состав характеризуется тем, что содержит смесь сухих компонентов - тампонажного портландцемента бездобавочного высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1, кварца молотого пылевидного марки «Б», золы-уноса ЗУ КУК-Б-3, микрокремнезема конденсированного МК-85, и добавки, включающей пластификатор карбоксилатного типа EasyFLOW PC, хлорид кальция, 18%-ный раствор хлорида натрия.

Геокомпозиты на основе техногенных грунтов антропогенного генезиса и способ их получения // 2759620

Группа изобретений относится к геокомпозитам, применяемым в качестве оснований, дополнительных слоев оснований и нижних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов, грунта обратной засыпки при планировочных работах, сооружении откосов и земляных валов, для устройства гидроизоляционных конструктивных слоев, а также геохимических барьеров, в качестве материала обратной засыпки при производстве геоэкологических работ по рекультивации нарушенных территорий.

Наномодифицированный строительный раствор // 2759479

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при каменной кладке из керамических камней, керамического кирпича, пустотелого кирпича в условиях сухого жаркого климата при температурах окружающего воздуха, достигающей 40-50°С. Технический результат заключается в обеспечении необходимой подвижности, водоудерживающей способности и регулируемого срока схватывания строительного раствора.

Состав лёгкого самоуплотняющегося конструкционного бетона (лкб) на основе цементной матрицы // 2758050

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при возведении зданий в гражданском, промышленном строительстве и при возведении сооружений специального назначения. Легкий самоуплотняющийся конструкционный бетон получен из смеси, содержащей, мас.%: механоактивированный портландцемент 15-25, полифункциональный модификатор на поликарбоксилатной основе 1-2,5, реологически активная каменная мука 10-25, водоудерживающая добавка 0,003-0,02, микро- и нанокремнеземы 1,5-7, пеностеклокерамические гранулы 30-50, вода - остальное.

Тампонажный материал // 2756993

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, и конкретно к области получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является создание тампонажного материала, способного самовосстанавливаться после нарушения его целостности.

Грунтовая смесь для дорожного строительства // 2754841

Предложенное изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства слоев оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог. Грунтовая смесь для дорожного строительства содержит техногенный грунт-песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм; механоактивированную золу-уноса сухого улавливания; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками - класс прочности 32,5, быстротвердеющий; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата; воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: песок из отсевов дробления 50-60, механоактивированная зола-уноса 10-15, портландцемент 7-8, полимерный композит 0,7-0,5 сверх 100%, вода 22-28.

Наномодифицированный строительный раствор // 2759479