СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА Российский патент 2003 года по МПК G01N15/08 G01N33/38 C04B20/10 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования паропроницаемости бетона, раствора, используемых при устройстве ограждающих монолитных и каменных конструкций, специальных и отделочных покрытий, например штукатурных.

Известен способ регулирования паропроницаемости бетона, раствора [1] путем изменения расхода основных компонентов, например, вяжущего при приготовлении бетонной, растворной смесей. Однако это приводит к определенным негативным результатам. Изменение паропроницаемости бетона путем повышения удельного расхода вяжущего, при сохранении постоянным водоцементного отношения, приводит к возрастанию усадки бетона, раствора. При этом может наблюдаться как повышение, так и понижение паропроницаемости. То есть по существу процесс ее изменения оказывается нерегулируемым. В то же время увеличение удельного расхода вяжущего приводит к возрастанию стоимости бетонной, растворной смеси при одновременном снижении долговечности.

При регулировании паропроницаемости путем уменьшения расхода вяжущего снижается удобоукладывемость бетонной, растворной смесей, прочность получаемого композиционного материала. Это объясняется уменьшением степени заполнения цементным тестом межзернового пространства, неполной смазки им поверхности заполнителя. Для восстановления удобоукладываемости необходимо увеличение расхода воды, а это должно сопровождаться соответствующим увеличением расхода вяжущего.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ регулирования паропроницаемости бетона [2], включающий определение свойств и расхода компонентов бетонной смеси, обработку заполнителя, дозирование и совместное перемешивание компонентов, получение бетона, определение его паропроницаемости и корректировку состава бетонной смеси.

Известный способ имеет следующие недостатки. Использование основных показателей свойств компонентов бетонной, растворной смеси [3, 4], в том числе после их обработки, обеспечивает возможность получения бетона, раствора, характеризующихся определенным значением паропроницаемости. При этом регулирование паропроницаемости обеспечивается корректировкой состава путем варьирования расхода компонентов или их заменой. Варьирование расхода не позволяет изменять паропроницаемость в сколько-нибудь широком диапазоне из-за того, что при этом существенно изменяются другие свойства смесей, бетонов, растворов (удобоукладываемость, прочность, адгезия к основанию и т.п.). Замена компонентов, в том числе заполнителя, на аналогичные, но имеющие иные показатели свойств приводит к тому, что для обеспечения возможности регулирования паропроницаемости в требуемом диапазоне у изготовителя смесей в наличии должен быть набор их компонентов с различными свойствами. Это приводит к возрастанию площадей складов для хранения компонентов, увеличению себестоимости производства смесей. Кроме того, с течением времени под воздействием естественных и искусственных факторов [5, 6] имеет место существенное изменение свойств компонентов смесей. Таким образом, наличие разнообразных по своим свойствам компонентов не позволяет обеспечить возможность надежного и экономичного регулирования паропроницаемости бетона, раствора. Обработка заполнителя приводит к изменению его основных свойств [3, 7, 8, 9, 10] и позволяет расширить диапазон возможного варьирования паропроницаемости бетона. Однако это не обеспечивает возможность регулирования паропроницаемости бетона и получение ее требуемого значения.

Целью предлагаемого способа является расширение диапазона регулирования паропроницаемости бетона, раствора без изменения состава бетонной, растворной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования паропроницаемости бетона, включающем определение свойств и расхода вяжущего, воды и заполнителя, обработку заполнителя, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, воды и заполнителя, получение бетона, определение его паропроницаемости и корректировку состава бетонной смеси, при определении свойств заполнителя дополнительно устанавливают возможный диапазон изменения обработкой заполнителя его обменной активности А, а при обработке определяют зависимость паропроницаемости П бетона от А, по ней вычисляют обменную активность А_о, обеспечивающую требуемую паропроницаемость По бетона, и обрабатывают заполнитель до достижения им обменной активности А_о.

При реализации этого способа имеет место следующее. Обработка заполнителя любым известным способом [10, 11, 12, 13 и т.п.] позволяет регулировать его состояние. Изменение состояния при обработке характеризуется соответствующим изменением его обменной активности А [14]. Эта величина является обобщенным показателем состояния заполнителя. Она учитывает геометрические параметры его зерен, их трещиноватость, пористость, размер трещин и пор, шероховатость, неровности поверхности, количество и величины зарядов активных (по отношению к процессам твердения бетона, раствора) центров и т.п. Паропроницаемость бетона, раствора определяется паропроницаемостью зерен заполнителя, цементного камня в межзерновом пространстве и их контактных зон [15] . При изменении обменной активности заполнителя изменяется характер его взаимодействия с продуктами (их водными растворами) гидратации цемента. Изменение условий гидратации вяжущего и твердения цементного теста в контактных зонах, в свою очередь, приводит к соответствующему изменению качества заполнителя. Последнее является следствием того, что изменяются условия диффундирования (концентрация тех или иных компонентов, температура, вязкость продуктов гидратации и т.п. в локальных зонах) продуктов гидратации в микротрещины, поры зерен заполнителя. В результате изменяется паропроницаемость последнего. При этом изменяются и условия формирования микроструктуры цементного камня в контактной зоне. Это приводит к изменению ее паропроницаемости. Такие процессы, в свою очередь, обуславливают изменение условий формирования микроструктуры цементного камня в межзерновом пространстве. Следствием является изменение его паропроницаемости. Таким образом, изменение обменной активности заполнителя обеспечивает возможность регулирования паропроницаемости зерен заполнителя, цементного камня в межзерновом пространстве и в их контактных зонах и, как следствие, в целом - бетона, раствора за счет активного воздействия на процессы формирования их микроструктуры.

В условиях осуществления нового строительства способ реализуют следующим образом. На основании проектной документации устанавливают требуемую паропроницаемость штукатурного покрытия. По паспорту, техническим условиям и т.п. принимают значения показателей свойств вяжущего, воды, заполнителя. Осуществляют обработку последнего, по результатам которой дополнительно устанавливают возможный диапазон изменения его обменной активности. На основании подбора или известных рекомендаций устанавливают состав штукатурной растворной смеси. Отбирают навески заполнителя, обрабатывают до достижения им определенной обменной активности, используют для изготовления образцов раствора и определяют его паропроницаемость. Каждый образец изготавливают с использованием определенной навески заполнителя. На основании полученных результатов устанавливают зависимость изменения паропроницаемости П от обменной активности заполнителя А. Используя эту зависимость, по требуемому значению паропроницаемости По вычисляют обменную активность А_о, которая обеспечивает возможность получения такой паропроницаемости. Затем обрабатывают заполнитель, необходимый для приготовления всей партии растворной смеси, добиваясь достижения им обменной активности А_о. Потом осуществляют дозирование и совместное перемешивание компонентов, приготавливая растворную смесь. Для контроля качества раствора определяют его паропроницаемость и при необходимости корректируют состав растворной смеси.

Эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным по прототипу оценивали путем сравнения возможности регулирования паропроницаемости бетона, раствора по обоим способам. Для этого проведен эксперимент. При его выполнении использованы следующие материалы:
- природный кварцевый песок - мелкий, модуль крупности 1,54; насыпная плотность 1,49 г/см³; плотность частиц песка 2,52 г/см³; содержание пылевидных частиц 1,0% по массе; зерновой состав, мас.%; размер отверстия сита, мм: 5,0-0,5%; 2,5-1,5%; 1,25-4,0%; 0,63-10,0%; 0,315-22,0%; 0,16-58,0%; менее 0,16-4,0%;
- цемент - Вольский, сульфатостойкий портландцемент; марка 400; с минеральными добавками ССПЦ 400 Д20; плотность частиц - 3,1 г/см³;
- вода - водопроводная.

С использованием таких компонентов готовили штукатурную растворную смесь следующего состава: Ц:П=1:2,78; В/Ц=0,63. Песок предварительно обрабатывали. При этом диапазон изменения его обменной активности (в относительных единицах) в эксперименте составлял от 0,0248 до 0,1350. Из растворной смеси изготовили образцы-пластины толщиной 20 мм. Уплотнение растворной смеси осуществляли вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 1,5 мм. Выдерживание образцов осуществляли в воздушно-влажных условиях при температуре 20±2^oС в течение 28 суток, а затем их испытывали на паропроницаемость. Результаты представлены в таблице.

Используя эти результаты, установлена корреляционная зависимость паропроницаемости раствора П от обменной активности А заполнителя-песка (коэффициент корреляции r=0,94:
П=А•е•[0,514•А•(-0,460)],
где П - паропроницаемость раствора, мг/м•ч•Па;
А - обменная активность заполнителя (в примере в относительных единицах);
е - основание натурального логарифма.

Представленные экспериментальные результаты и корреляционная зависимость свидетельствуют о том, что варьированием (путем обработки) обменной активности заполнителя можно в достаточно широком диапазоне (согласно полученных результатов и рекомендаций [16] для экспериментального состава растворной смеси - от 0,033 до 0,053 мг/м•ч•Па) регулировать паропроницаемость раствора. Для прототипа же характерно вполне определенное, любое из представленных или промежуточное, значение обменной активности заполнителя и соответствующее ему конкретное значение паропроницаемости. То есть предлагаемый способ дает возможность регулировать паропроницаемость раствора, а для прототипа такая возможность отсутствует.

Вывод: заявляемый способ обеспечивает возможность расширить по сравнению с прототипом диапазон регулирования паропроницаемости бетона, раствора без изменения состава бетонной, растворной смеси, без замены их компонентов.

Источники информации
1. Баженов Ю.М. Технология бетона.- М.: Высш. шк., 1987. - С. 192-258.

2. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Высш. шк., 1987. - С. 24-42.

3. ГОСТ 8736-95. Песок для строительных работ. Технические условия. - М. : Изд-во стандартов, 1996. - 14 с.

4. Новые способы производства отделочных работ - М.: Стройиздат, 1990. - С. 12-17.

5. Придатко Ю.М., Лебедев А.Б., Доброхотов В.Б., Шабров В.Л. О прогнозировании прочности бетона//Тезисы докл. Региональной науч.-техн. конф., посвященной 55-летию Яросл. гос. техн. ун-та. - Ярославль, 1999. - С. 91.

6. Техническая мелиорация пород/ Под ред. С.Д. Воронкевича. -М.: Изд-во МГУ, 1981. - С. 26-33.

7. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 33 с.

8. ГОСТ 8269-87. Щебень из природного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 55 с.

9. ГОСТ 10268-80. Бетон тяжелый. Технические требования к заполнителям. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 13 с.

10. Ицкович С. М. , Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. - М.: Высш. шк., 1991. - 272 с.

11. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. - М.: Мир, 1980. - 488 с.

12. А. с. 1186598. Способ приготовления бетонных и растворных смесей. С 04 В 20/02.

13. А. с. 1296537. Способ активации мелкого минерального заполнителя бетона. С 04 В 14/00.

14. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. - М.: Мир, 1980. - С.199...334.

15. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение - М.: Стройиздат, 1986. - 278 с.

16. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Высш. шк., 1985. - 327 с.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования паропроницаемости бетона, раствора, используемых при устройстве ограждающих монолитных и каменных конструкций, специальных и отделочных покрытий, например штукатурных. Технический результат - расширение диапазона регулирования паропроницаемости бетона, раствора без изменения состава бетонной, растворной смеси. Способ регулирования паропроницаемости бетона включает определение свойств и расхода вяжущего, воды и заполнителя, обработку заполнителя, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, воды и заполнителя, получение бетона, определение его паропроницаемости и корректировку состава бетонной смеси, причем при определении свойств заполнителя дополнительно устанавливают возможный диапазон изменения обработкой заполнителя его обменной активности А, а при обработке определяют зависимость паропроницаемости П бетона от А, по ней вычисляют обменную активность Ао, обеспечивающую требуемую паропроницаемость По бетона, и обрабатывают заполнитель до достижения им обменной активности Ао. 1 табл.

Способ регулирования паропроницаемости бетона, включающий определение свойств и расхода вяжущего, воды и заполнителя, обработку заполнителя, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, воды и заполнителя, получение бетона, определение его паропроницаемости и корректировку состава бетонной смеси, отличающийся тем, что при определении свойств заполнителя дополнительно устанавливают возможный диапазон изменения обработкой заполнителя его обменной активности А, а при обработке определяют зависимость паропроницаемости П бетона от А, по ней вычисляют обменную активность Ао, обеспечивающую требуемую паропроницаемость По бетона, и обрабатывают заполнитель до достижения им обменной активности Ао.