Самоуплотняющаяся бетонная смесь и способ ее приготовления

Авторы патента:

C04B40/00 - Способы вообще, для воздействия на свойства составов строительных растворов, бетона или искусственных камней, например их схватывание или твердение (активные ингредиенты C04B 22/00-C04B 24/00; твердение определенных составов C04B 26/00-C04B 28/00; получение пор, ячеек или облегчение C04B 38/00; механические аспекты B28; например кондиционирование материала, перед формованием B28B 17/02)

C04B28/04 - портландцементы

C04B24/26 - получаемых реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей

C04B14/22 - стекло

C04B14/06 - кварц, песок

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 2775294:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоуплотняющейся бетонной смеси и способу ее приготовления. Техническим результатом является получение самоуплотняющейся бетонной смеси с высокими показателями текучести и сохраняемости подвижности, снижение расхода портландцемента, повышение прочности и морозостойкости бетона. Самоуплотняющаяся бетонная смесь, включающая цемент, песок, щебень, суперпластификатор, воду. Дополнительно содержит микрокремнезем конденсированный неуплотненный с удельной поверхностью 25000 м²/кг и минеральный порошок из карбонатных горных пород с удельной поверхностью 300 м²/кг, в качестве цемента содержит портландцемент ЦЕМ I 52,5Н с содержанием трехкальциевого алюмината не более 5%, а в качестве супер пластификатора - суперпластификатор на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент ЦЕМ I 52,5Н с содержанием трехкальциевого алюмината не более 5% - 7,9-15,7, микрокремнезем конденсированный неуплотненный - 1,96-1,97, минеральный порошок из карбонатных горных пород - 3,9-11,9, песок с модулем крупности 1,8 - 32,32-32,4, щебень фракции 5-20 мм - 39,4-39,5, суперпластификатор на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С - 0,22, вода - 6,11-6,5. Также описан способ приготовления такой смеси. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоуплотняющимся бетонным смесям, и может быть использовано при изготовлении преимущественно монолитных бетонных и железобетонных строительных изделий и конструкций, где по технологии требуется повышенная текучесть бетонной смеси на стадии применения, повышенная сохраняемость ее подвижности и высокая прочность бетона.

Известна самоуплотняющаяся бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень, песок двух фракций, фибру, метакаолин, суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании, гидрофовизирующую кремнийорганическую жидкость на основе силиконатов натрия и воду затворения при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 17,37-19, щебень ф. 5÷10 мм 34,75-38,38, песок ф. 0.16÷5 мм 23,43-25,45, песок ф. 0.16÷0.63 мм 10-11,07, фибру металлическую «Челябинка» 1,26-2,21, метакаолин 0,55-1,27, суперпластификатор на поликарбоксилатэфирном основании 0,22-0,33, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость на основе силиконатов натрия 0,02-0,04, вода затворения 7,07-7,68 [Патент RU №2632795 С1, МПК С04В 28/04, С04В 111/20, С04В 111/62, опубл. 09.10.2017. Самоуплотняющаяся бетонная смесь].

Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая текучесть и низкая сохраняемость подвижности самоуплотняющейся бетонной смеси, приводящая к дополнительным затратам при ее укладке, повышенный расход вяжущего при недостаточно высокой прочности бетона, необходимость применения крупных песков с модулем крупности 2,7.

Известна самоуплотняющаяся бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень гранитный, смесь крупного песка с модулем крупности 2,8-2,85 и мелкого песка с модулем крупности 1,9-2,0, тонкомолотый медеплавильный шлак с удельной поверхностью 7800-8000 см²/г, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира «Альфа Б» и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 12,20-16,30, указанный крупный песок - 28,6-31,40, указанный мелкий песок - 6,70-7,30, указанный медеплавильный шлак - 5,50-7,30, указанный суперпластификатор - 0,13-0,18, щебень гранитный смесь фракций 5-20 32,70-35,90, при этом в указанной смеси содержание фракции 5-10 мм - 15,00-17,00, 10-20 мм - 83,00-85,00, вода 7,50-8,20, при этом водоцементное соотношение 0,5-0,62 [Патент RU №2659290 С1, МПК С04В 28/04, С04В 28/08, С04В 24/26, С04В 111/20, С04В 40/00, опубл. 29.06.2018. Способ получения самоуплотняющегося бетона и бетонная смесь].

Известна литая и самоуплотняющаяся бетонная смесь, включающая наноцемент типов 30, 35, 45, 55, строительный песок, отсев гранитного щебня фр. 2-5 мм, щебень гранитный фракции 5-10 мм, воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный наноцемент 12-20, песок строительный 20-35, отсев гранитного щебня фракции 2-5 мм 15-21, щебень гранитный фракции 5-10 мм 20-29, вода - остальное [Патент RU №2725559 С1, МПК С04В 28/04, С04В 7/52, С04В 22/08, С04В 24/00, С04В 111/20, С04В 111/27, опубл. 03.07.2020. Литая и самоуплотняющаяся бетонная смесь для производства монолитного бетона и сборных изделий из железобетона].

Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая текучесть и низкая сохраняемость подвижности самоуплотняющейся бетонной смеси, приводящая к дополнительным затратам при ее укладке, повышенный расход вяжущего и необходимость применения наномодифицированного портландцемента с удельной поверхностью 600-900 м²/кг, что способствует увеличению стоимости бетонной смеси.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является бетонная смесь для монолитного бетонирования, включающая шлакопортландцемент, кварцевый песок, щебень гранитный фракции 5-20 мм, тонкомолотый минеральный порошок МП-1, пластификатор на основе поликарбоксилатов Muraplast FK-63, замедлитель твердения Centrament Retard и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлакопортландцемент 14,8-15,3, песок кварцевый 42,3-43,1, щебень 25,9-26,2, минеральный порошок МП-1 6,4-6,9, указанный суперпластификатор 2,8-3,3, замедлитель твердения 0,08-0,09, вода остальное [Патент RU №2498955 С1, МПК С04В 28/02, С04В 111/20, опубл. 20.11.2013. Бетонная смесь для монолитного бетонирования].

Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая текучесть бетонной смеси, требующая дополнительных затрат на ее укладку, повышенное водосодержание бетонной смеси, приводящее к увеличению пористости бетона, низкая ранняя и проектная прочность бетона, необходимость применения замедлителя твердения и крупных песков с модулем крупности 2,5-3.

Известен способ приготовления бетонной смеси, включающий двухстадийное перемешивание вяжущего, заполнителей, суперпластификатора и воды затворения, отличающийся тем, что на первой стадии перемешивают вяжущее, мелкий заполнитель, 70-80% крупного заполнителя и 75-85% воды затворения, затем к полученной смеси добавляют оставшиеся 20-30% крупного заполнителя, суперпластификатор и остальную часть воды затворения, после чего окончательно перемешивают смесь до получения однородной бетонной смеси требуемой удобоукладываемости [Патент RU №2548263 С1, МПК С04В 40/00, опубл. 20.04.2015. Способ приготовления бетонной смеси].

Недостатком данного технического решения является высокая трудоемкость и длительность приготовления бетонной смеси. Перемешивание компонентов бетонной смеси на начальной стадии без суперпластификатора приведет к увеличению трудоемкости их перемешивания. Введение всего объема суперпластификатора на конечной стадии с малым количеством воды затворения приведет к его неравномерному распределению в бетонной смеси, что потребует увеличения времени перемешивания бетонной смеси.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ приготовления бетонной смеси, включающий двухстадийное перемешивание цемента, заполнителей, суперпластификатора и воды затворения, отличающийся тем, что предварительно на первой стадии в заводских условиях перемешивают цемент, заполнители, суперпластификатор и часть воды затворения до получения бетонной смеси с осадкой конуса, равной 10-12 см, затем полученная смесь транспортируется автобетоносмесителем к месту бетонирования монолитных конструкций, где в нее добавляют дополнительную часть воды затворения, необходимую для получения требуемой подвижности, и окончательно перемешивают бетонную смесь в автобетоносмесителе [Патент RU №2730235 С1, МПК С04В 40/00, СПК С04В 40/00, С04В 40/0046, опубл. 19.08.2020. Способ приготовления бетонной смеси].

Недостатком данного технического решения является низкая сохраняемость подвижности бетонной смеси, приводящая к дополнительным затратам при ее укладке. Введение всего объема суперпластификатора на начальной стадии приводит к его полной адсорбции на поверхности зерен цемента и продуктах его гидратации, что не обеспечивает наличие избытка суперпластификатора в жидкой фазе, повышающего сохраняемость подвижности бетонной смеси.

Техническим результатом является получение самоуплотняющихся бетонных смесей с высокими показателями текучести и сохраняемости подвижности, снижение расхода портландцемента, повышение прочности и морозостойкости бетона.

Технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая цемент, песок, щебень, суперпластификатор, воду, дополнительно содержит микрокремнезем конденсированный неуплотненный с удельной поверхностью 25000 м²/кг и минеральный порошок из карбонатных горных пород с удельной поверхностью 300 м²/кг, в качестве цемента содержит портландцемент ЦЕМ I 52,5Н с содержанием трехкальциевого алюмината не более 5%, а в качестве суперпластификатора - суперпластификатор на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 7,9-15,7, микрокремнезем конденсированный неуплотненный 1,96-1,97, минеральный порошок из карбонатных горных пород 3,9-11,9, песок с модулем крупности 1,8 32,32-32,4, щебень фракции 5-20 мм 39,4-39,5, суперпластификатор на основе модифицированного поликарбоксилатного эфира Sika ViscoCrete 25 НЕ-С 0,22, вода 6,11-6,5.

В способе приготовления самоуплотняющейся бетонной смеси, заключающемся в последовательном перемешивании компонентов бетонной смеси, сначала портландцемент перемешивают с микрокремнеземом, минеральным порошком, песком и 80% воды затворения с предварительно растворенным в ней поликарбоксилатным суперпластификатором до получения однородной смеси, затем в полученную смесь добавляют щебень и оставшиеся 20% приготовленного водного раствора суперпластификатора и бетонную смесь окончательно перемешивают до приобретения требуемой консистенции, характеризуемой расплывом конуса 700-740 мм.

Использование портландцемента с содержанием трехкальциевого алюмината не более 5% приводит к уменьшению количества выделяемого эттрингита, что позволяет повысить пластифицирующий эффект поликарбоксилатного суперпластификатора, улучшить реологические характеристики бетонной смеси и увеличить сохраняемость ее подвижности.

Использование неуплотненного микрокремнезема с удельной поверхностью 25000 м²/кг позволяет снизить расслоение и водоотделение самоуплотняющейся бетонной смеси, способствует уменьшению капиллярной пористости цементного камня и повышению прочности и морозостойкости бетонов за счет формирования структуры с пониженным содержанием портландита и повышенным содержанием аморфизированных низкоосновных гидросиликатов кальция.

Введение в бетонную смесь минерального порошка из карбонатных горных пород с удельной поверхностью 300 м²/кг позволяет снизить расход портландцемента, улучшить реологические характеристики бетонной смеси, увеличить сохраняемость ее подвижности.

Использование суперпластификатора на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С позволяет добиться самоуплотняемости бетонных смесей даже при низких значениях водоцементного отношения за счет сильного пластифицирующего и водоредуцирующего эффекта, а также обеспечивает длительную сохраняемость подвижности бетонной смеси за счет медленной скорости адсорбции полимера на частицах цемента.

Приготовление бетонной смеси по предлагаемому способу обеспечивает наличие избытка суперпластификатора в жидкой фазе, что дополнительно повышает сохраняемость подвижности бетонной смеси.

Для приготовления самоуплотняющейся бетонной смеси использовались следующие материалы:

- портландцемент ЦЕМ I 52,5Н ГОСТ 31108-2016 производства ООО «Южно-уральская Горно-перерабатывающая Компания» (Оренбургская область, г. Новотроицк) с удельной поверхностью 400 м²/кг и содержанием трехкальциевого алюмината 4,8%;

- микрокремнезем конденсированный неуплотненный МК-85 ТУ 14-106-709-2004 производства ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (г. Липецк) с удельной поверхностью 25000 м²/кг, насыпной плотностью 155 кг/м³ и массовой долей оксида кремния SiO₂ 92%;

- минеральный порошок из карбонатных горных пород МП-2 ГОСТ 32761-2014 производства ООО «Ронгинский карьер» (Республика Марий Эл, шт. Советский) с удельной поверхностью 300 м²/кг;

- природный кварцевый песок Студенковского месторождения Республики Марий Эл с модулем крупности 1,8 и содержанием пылеватых и глинистых частиц 2,1% ГОСТ 8736-2014;

- щебень из плотных горных пород фракции 5-20 мм Северо-Западного карьера Волковского месторождения Свердловской области с маркой по дробимости 1200 ГОСТ 8267-93;

- суперпластификатор на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С в виде водного раствора плотностью 1,07-1,09 г/см³ компании Sika (Московская область, г. Лобня);

- вода, соответствующая ГОСТ 23732-2011.

Самоуплотняющаяся бетонная смесь приготавливалась в следующем порядке: портландцемент перемешивают с микрокремнеземом, минеральным порошком, песком и 80% воды затворения с предварительно растворенным в ней поликарбоксилатным суперпластификатором до получения однородной смеси. Затем в полученную смесь добавляют щебень и оставшиеся 20% приготовленного водного раствора суперпластификатора и бетонную смесь окончательно перемешивают до приобретения требуемой консистенции, характеризуемой расплывом конуса 700-740 мм.

Полученная самоуплотняющаяся бетонная смесь обладает высокой текучестью и не требует дополнительного уплотнения при ее укладке.

Количество воды подбиралось из условия получения самоуплотняющейся бетонной смеси с классом по удобоукладываемости SF2 (ГОСТ Р 57345-2016/EN 206:2013). Удобоукладываемость бетонных смесей определялась по расплыву конуса в соответствии с ГОСТ Р 58002-2017/EN 12350-8:2010.

Из бетонных смесей изготавливались образцы-кубы размером 100×100×100 мм. Через 1, 2 и 28 суток твердения в нормальных условиях образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность образцов определялась в соответствии с ГОСТ 10180-2012, плотность - по ГОСТ 12730.1-2020, водопоглощение - по ГОСТ 12730.3-2020, морозостойкость - по ГОСТ 10060-2012.

Составы самоуплотняющихся бетонных смесей приведены в таблице 1.

Свойства самоуплотняющихся бетонных смесей и бетонов представлены в таблицах 2 и 3.

Из таблицы 2 видно, что полученные самоуплотняющиеся бетонные смеси обладают высокой текучестью с расплывом конуса 710-720 мм, не требующей дополнительного уплотнения при их укладке, а также отличаются повышенной сохраняемостью подвижности более 3 часов в пределах класса по удобоукладываемости SF2, что особенно важно при длительной транспортировке смесей и возведении монолитных конструкций. При этом наблюдается небольшое увеличение расплыва бетонных смесей в первые 60 минут с момента затворения, что дополнительно повышает их сохраняемость подвижности. Это связано с применением поликарбоксилатного суперпластификатора, обладающего медленной скоростью адсорбции полимера, цемента с пониженным содержанием трехкальциевого алюмината, а также способом приготовления бетонной смеси, обеспечивающем наличие избытка суперпластификатора в жидкой фазе.

По результатам определения физико-механических характеристик бетонов (таблица 3) установлено, что применение разработанных самоуплотняющихся бетонных смесей позволяет получить высокопрочные бетоны с классом по прочности В50-В65 и маркой по морозостойкости Fi300-F1800 при пониженном расходе портландцемента 7,9-15,7%.

Таким образом, полученные самоуплотняющиеся бетонные смеси характеризуются высокими показателями текучести и сохраняемости подвижности при пониженном расходе портландцемента, повышенной прочности и морозостойкости бетона.

Проведенный патентный поиск позволил выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемая самоуплотняющаяся бетонная смесь удовлетворяет критерию изобретения «новизна».

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате, и из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяют критерию «изобретательский уровень».

Критерий изобретения «промышленная применимость» подтверждается тем, что внедрение предлагаемого технического решения не потребует капитальных затрат.

1. Самоуплотняющаяся бетонная смесь, включающая цемент, песок, щебень, суперпластификатор, воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит микрокремнезем конденсированный неуплотненный с удельной поверхностью 25000 м²/кг и минеральный порошок из карбонатных горных пород с удельной поверхностью 300 м²/кг, в качестве цемента содержит портландцемент ЦЕМ I 52,5Н с содержанием трехкальциевого алюмината не более 5%, а в качестве супер пластификатора - суперпластификатор на основе модифицированных поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент ЦЕМ I 52,5Н с содержанием
трехкальциевого алюмината не более 5%	7,9-15,7
Микрокремнезем конденсированный неуплотненный	1,96-1,97
Минеральный порошок из карбонатных горных пород	3,9-11,9
Песок с модулем крупности 1,8	32,32-32,4
Щебень фракции 5-20 мм	39,4-39,5
Суперпластификатор на основе модифицированных
поликарбоксилатных эфиров Sika ViscoCrete 25 НЕ-С	0,22
Вода	6,11-6,5

2. Способ приготовления самоуплотняющейся бетонной смеси по п. 1, заключающийся в последовательном перемешивании компонентов бетонной смеси, отличающийся тем, что сначала портландцемент перемешивают с микрокремнеземом, минеральным порошком, песком и 80% воды затворения с предварительно растворенным в ней поликарбоксилатным суперпластификатором до получения однородной смеси, затем в полученную смесь добавляют щебень и оставшиеся 20% приготовленного водного раствора суперпластификатора и бетонную смесь окончательно перемешивают до приобретения требуемой консистенции, характеризуемой расплывом конуса 700-740 мм.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам изготовления строительных объемных блоков разной геометрии с помощью съемной опалубки. Способ заключается в том, что соединяют между собой элементы опалубки, замыкая внутренний объем со всех сторон.

Способ определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке // 2773839

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к способам определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке и другим гладким полимерным материалам, например фибровой арматуре, при разработке и создании композиционных материалов. Способ определения адгезии цементного камня к полиэтиленовой пленке заключается в том, что в цементный раствор погружают образец пленки строго определенной площади контакта шириной 10 мм на глубину заделки 10 мм.

Сырьевая смесь для получения строительного материала и способ получения строительного материала // 2773577

Изобретение относится к строительному материалу и способу его получения, который может быть применен для изготовления железнодорожных и трамвайных шпал, строительных блоков, перегородочных стен, электроизоляционных и электроустановочных изделий и других строительных изделий. Технический результат заключается в повышении физико-механических свойств материала.

Способ создания бетонного композита, армированного сухой растительной добавкой // 2771347

Изобретение относится к области промышленно-гражданского строительства, в частности к строительным материалам, которые можно использовать для ограждающих конструкций при строительстве энергоэффективных зданий. Основной целью создания бетонного композита является использование растительной добавки (сухой борщевик) для улучшения теплотехнических и механических свойств бетона.

Способ активации цементной суспензии // 2769495

Изобретение относится к области строительного производства и производства строительных материалов, а именно к области активации цементной суспензии путем электрофизического воздействия, и может быть использовано для активации цементных растворов в технологии изготовления бетонов как в заводских условиях, так и в условиях строительной площадки.

Добавки на основе графеновых наноматериалов для улучшения цементирующих композиций, цементирующая композиция, способ получения армированного бетона, армированный бетон и его применение // 2768920

Настоящее изобретение относится к добавкам на основе графеновых наноматериалов для улучшения цементирующих композиций, предпочтительно бетона, и к цементирующей композиции, содержащей добавки. Добавка содержит смесь графеновых нановолокон, оксида графена (GO), диспергирующего средства (D) и суперпластификаторa (SP), содержащую по меньшей мере два типа графеновых нановолокон, выбранные из графеновых нановолокон с высокой удельной площадью поверхности (GNF-HS), графеновых нановолокон с низкой удельной площадью поверхности (GNF-LS) или графеновых нановолокон большой длины (GNF-LL), где графеновые нановолокна имеют средний диаметр в диапазоне от 2 до 200 нм, и где указанная добавка на основе графеновых наноматериалов благодаря содержанию различных соотношений по меньшей мере двух типов графеновых нановолокон точно регулируется для получения различных цементирующих композиций с конкретными свойствами.

Комплексная добавка для силикатных композиционных материалов и способ ее приготовления // 2768884

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам добавок, используемых при производстве композиций строительного назначения на основе цемента. Технический результат заключается в повышении прочностных и эксплуатационных характеристик силикатных композиционных материалов с направленным регулированием структуры цементной матрицы.

Технологическая линия для производства бетонной смеси // 2766987

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано на предприятиях стройиндустрии для производства бетонной смеси. Технологическая линия содержит склад крупного заполнителя, склад мелкого заполнителя, ленточные транспортеры, расходные бункеры цемента, воды, активных минеральных добавок, химических добавок, крупного и мелкого заполнителей, задвижки, весовые дозаторы компонентов бетонной смеси и воды и бетоносмесительный узел.

Диспергирующая композиция // 2766880

Группа изобретений относится к диспергирующей композиции, более конкретно относится к диспергирующей композиции для цемента, строительного раствора или бетона. Диспергирующая композиция содержит: а) по меньшей мере один полимер, составленный из мономеров, содержащих нафталиновое кольцо и/или меламин; b) по меньшей мере один полимер, содержащий группы карбоновой кислоты и/или фосфорной кислоты и/или любую группу, которая гидролизуется до группы карбоновой или фосфорной кислоты; и с) по меньшей мере один полимер, имеющий строение согласно Формуле I.

Способ изготовления бетона // 2766494

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к производству высокопрочного и долговечного бетона, и может быть использовано для уменьшения пористости бетона и увеличения его прочности при изготовлении бетона в местности, лежащей на уровне моря или ниже уровня моря, а также в условиях нормального или высокого атмосферного давления.

Бетонная смесь // 2775251

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из бетона в гражданском строительстве и строительстве дорожных и тротуарных покрытий. Технический результат заключается в повышении прочности и обеспечении самоочищения поверхности бетона как при ультрафиолетовом, так и видимом излучении, а также улучшении истираемости бетона.