СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСАДКИ БЕТОНА Российский патент 2007 года по МПК G05D21/00 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования усадки бетона, раствора, используемых при устройстве несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, специальных и отделочных покрытий, например гидроизоляционное, штукатурное, бетонное покрытие пола и т.п.

Известен способ регулирования усадки бетона [1] путем изменения расхода основных компонентов, например вяжущего, при приготовлении минеральных смесей. Однако изменение усадки бетона путем уменьшения расхода вяжущего приводит к снижению прочности бетона, увеличению его водопроницаемости и уменьшению долговечности. Это объясняется уменьшением степени заполнения цементным тестом межзернового пространства, неполной смазки им поверхности заполнителя. Регулирование усадки бетона путем уменьшения расхода воды при сохранении водоцементного отношения приводит к снижению удобоукладываемости смеси.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ регулирования усадки бетона [2], включающий определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки.

Известный способ имеет следующие недостатки. Использование основных показателей свойств вяжущего, заполнителя и жидкости затворения [3, 4] обеспечивает возможность получения бетона с определенной усадкой. Для ее регулирования корректируют состав бетонной смеси путем варьирования расхода или замены компонентов: вяжущее, жидкость затворения, заполнитель. Варьирование расхода компонентов не позволяет изменять усадку в сколько-нибудь широком диапазоне из-за того, что при этом существенно изменяются другие свойства смеси и бетона (удобоукладываемость, прочность, адгезия к основанию и т.п.). Регулирование усадки путем замены компонентов требует наличия компонентов с различными свойствами. Следствием этого является увеличение площадей складов для их хранения, возрастание затрат на приготовление смесей. При этом с течением времени под воздействием естественных и искусственных факторов [5, 6] свойства компонентов смесей изменяются. По этим причинам наличие разнообразных по своим свойствам компонентов не позволяет надежно и экономично регулировать усадку бетона.

Целью предлагаемого способа является увеличение диапазона и повышение точности регулирования усадки бетона путем термовлажностной обработки заполнителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования усадки бетона, включающем определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, устанавливают соотношение между усадкой бетона ε_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона ε_у0, с учетом этого соотношения.

При реализации этого способа имеет место следующее. В процессе добычи, транспортирования, хранения, переработки с течением времени заполнитель подвергают естественной (атмосферные осадки, инсоляция и т.п.) или искусственной [7, 8, 9, 10 и т.п.] (подогрев в бункерах, на открытых или закрытых складах, в специальных установках, перемешивание и т.п.) термовлажностной обработке. При такой обработке в зависимости от продолжительности, температуры и влажности качество заполнителя (геометрические параметры его зерен, их пористость, шероховатость, неровность поверхности, качество и количество центров активных по отношению к процессам гидратации и гидролиза вяжущего, формирования микроструктуры бетона, раствора [11, 12]) изменяется. В результате при одинаковых составе минеральной смеси и внешних условиях твердения, но при использовании заполнителя, обработанного при разных значениях τ, t и ϕ, процессы образования цементного камня и бетона в целом протекают по-разному. Это объясняет соответствующие различия в их микроструктуре. Такие различия проявляются в изменении физического состояния цементного камня и его распределении в межзерновом пространстве. Поэтому бетоны, полученные из смесей одинакового состава, но с заполнителем, обработанным при разных значения τ, t и ϕ, обладают разной способностью сопротивляться усадочным напряжениям. Следствием является и различие в усадочных деформациях. Поэтому каждому набору значений τ, t и ϕ, характеризующему условия термовлажностной обработки, соответствует определенная усадка бетона. Таким образом, изменение условий термовлажностной обработки заполнителя определяет возможность регулирования усадки. Для получения бетона с требуемой усадкой ε_у0 необходимо провести термовлажностную обработку заполнителя при соответствующих значениях τ₀, t₀ и ϕ₀.

При выполнении работ, например, по устройству бетонного покрытия пола способ реализуют следующим образом. До приготовления бетонной смеси на основании требований нормативной и проектной документации устанавливают требуемую усадку бетона ε_у0. По паспорту, техническим условиям и экспериментально определяют свойства заполнителя, вяжущего, воды. Отбирают образцы заполнителя и осуществляют их термовлажностную обработку. Условия такой обработки (температура, влажность, продолжительность) для разных образцов различны. Их варьируют в соответствии с возможностями предприятия-изготовителя. На основании известных рекомендаций, например [13], подбирают состав бетонной смеси. С использованием обработанных образцов заполнителя готовят бетонные смеси, из них изготавливают образцы бетона и измеряют его усадку. На основании полученных результатов устанавливают соотношения между усадкой ε_у и условиями термовлажностной обработки (τ, t и ϕ) заполнителя. Используя эти соотношения, определяют значения τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающие получение бетона с требуемой усадкой ε_y0. При этих условиях проводят термовлажностную обработку заполнителя, необходимого для приготовления всей партии бетонной смеси. Затем осуществляют дозирование и совместное перемешивание вяжущего и жидкости затворения, получая бетонную смесь. Такую смесь используют при устройстве покрытия пола из бетона с требуемой усадкой ε_у0.

Эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным по прототипу оценивали путем сравнения возможности регулирования усадки бетона по обоим способам. Для этого проведен эксперимент. При его выполнении использованы следующие материалы:

- речной кварцевый песок - мелкий, модуль крупности 1,94; насыпная плотность 1,51 г/см³; плотность частиц песка 2,59 г/см³; зерновой состав, % по массе: размер отверстия сита, мм, 1,25-3,25%; 0,63-13,43%; 0,315-60,33%; 0,16-20,34%; менее 0,16-2,65%;

- цемент - Старый Оскол, портландцемент; марка ПЦ 400 Д0; плотность частиц - 3,1 г/см³;

- вода - водопроводная.

Разные образцы песка подвергли термовлажностной обработке при различных фиксированных значениях τ, t и ϕ: продолжительность τ от 0,05 до 720 часов, температура t от 10 до 90°С, влажность ϕ от 2 до 23,7 мас.%. С использованием таких образцов песка готовили бетонные смеси следующего состава: отношение расходов цемента Ц и песка П составляет Ц/П=1:3; водоцементное отношение - В/Ц=0,71. Из них изготовили образцы - призмы размером 100×100×300 мм. Уплотнение бетонной смеси осуществляли вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 1,5 мм. Условия выдерживания образцов-призм - первые двое суток в воздушно-влажных условиях при температуре 20±2°С, а в последующем - при такой же температуре в воздушно-сухих условиях. По мере выдерживания измеряли усадку образцов бетона ε_у.

Полученные результаты представлены в таблицах 1, 2, 3. Они свидетельствуют о том, что усадка бетона зависит от условий термовлажностной обработки заполнителя. Причем для образцов бетона на заполнителе, обработанном при разных значениях τ, t и ϕ, характерны не только различия абсолютных значений усадочных деформаций ε_у, но и различия в интенсивности их изменения с течением времени. При продолжительности τ более 144 часов на 65 сутки (таблица 1) наблюдается уменьшение усадки бетона. Это объясняется следующим. Продолжительная термовлажностная обработка кварцевого песка приводит к образованию на поверхности его зерен полислоев гидратированного кремнезема существенной толщины. При перемешивании компонентов минеральной смеси за счет абразивного воздействия происходит его механическое отделение. При химическом воздействии продуктов гидратации и гидролиза вяжущего этот процесс усиливается. При этом в межзерновом пространстве и на поверхности зерен заполнителя в состав цементного камня оказываются включенными фрагменты аутогенных оболочек зерен заполнителя. В результате химического взаимодействия они прочно связаны с кристаллами цементного камня. В начальный момент твердения бетона, раствора эти фрагменты отдают воду, которая расходуется на гидратацию и гидролиз цемента, и уменьшаются в объеме. В последующем (в эксперименте после 45 суток) они поглощают воду и набухают. Процесс набухания приводит к уменьшению усадки бетона.

Из полученных результатов следует, что предлагаемый способ, с одной стороны, позволяет увеличить диапазон регулирования усадки бетона при его одинаковом составе путем использования заполнителя, обработанного при разных значениях τ, t и ϕ. С другой, он обеспечивает возможность получения требуемой усадки бетона ε_у0 путем использования для приготовления смеси заполнителя, обработанного в течение времени τ₀ при температуре t₀ и влажности ϕ₀. Это повышает точность регулирования усадки по сравнению с прототипом. При применении же прототипа может быть получена любая усадка ε_у из представленных в таблицах 1, 2, 3 или промежуточная. Причем невозможно указать, какая именно. Например, на 28 сутки твердения возможный диапазон ее изменения составляет от 0,041 до 0,84% (таблица 1).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить диапазон и повысить точность регулирования усадки бетона по сравнению с прототипом.

Для условий эксперимента по предлагаемому способу возможно варьирование усадки бетона и повышение точности ее регулирования в диапазоне от 0,011 до 0,113%. Если, например, необходимо, чтобы требуемая усадка ε_у0 бетона на 28 сутки составила 0,080%, то для приготовления бетонной смеси необходимо использовать песок, подвергнутый термовлажностной обработке при τ₀=2,5 часа, t₀=20°С и ϕ₀=12% (таблица 3). Для уменьшения требуемой усадки до ε_у0=0,064% условия термовлажностной обработки следует принять τ₀=2,5 часа, t₀=40°С и ϕ₀=23,7% (таблица 2), а для ε_у0=0,045% соответственно τ₀=144 часа, t₀=20°С и ϕ₀=23,7% (таблица 1).

Характеристика регулирования усадки бетона для прототипа и заявляемого способа представлена в таблице 4: «+» - возможность регулирования в определенном в эксперименте диапазоне имеется, «-» - возможность регулирования отсутствует. При этом следует иметь в виду, что указанные диапазоны изменения условий обработки заполнителя τ, t и ϕ могут быть расширены [14]: τ от 0 до 1008 часов, t от 5°С до 95°С, ϕ от водопотребности заполнителя до 29,6 мас.%.

Таблица 1Зависимость усадки бетона ε_у от продолжительности τ (t=20°С и ϕ=23,7 мас.%)Интервал времени от изготовления образца до момента испытания, суткиУсадка бетона ε_y, в % от длины образца, при продолжительности τ, в часах0,0512,5247214472070,0150,0140,0180,0110,0150,0210,023140,0360,0350,0430,0340,0410,0340,031280,0840,0690,0760,0760,0800,0450,041450,1060,0900,0930,0910,0950,0530,046650,1130,0900,0980,1060,1030,0480,044Таблица 2Зависимость усадки ε_у от температуры t (τ=2,5 часа и ϕ=23,7 мас.%) на 28 сутки выдерживания образцов бетонаТемпература обработки заполнителя t1020408090Усадка бетона ε_у, в % от длины образца0,0740,0760,0640,0530,048

Таблица 3Зависимость усадки ε_у от влажности ϕ (τ=2,5 часа, t=20°С) на 28 сутки выдерживания образцов бетонаВлажность заполнителя ϕ, мас.%261223,7Усадка бетона ε_у, в % от длины образца0,0840,0810,0800,076Таблица 4СпособВозможность регулирования усадки при изменении условий обработки заполнителяпродолжительность τ, частемпература t, °Свлажность ϕ, мас.%от 0,05 до 720от 10 до 90от 2 до 23,7Прототип---Заявляемый+++

Вывод: заявляемый способ позволяет увеличить диапазон и повысить точность регулирования усадки бетона по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона - М.: Высш. шк., 1991. - С.74...76.

2.Баженов Ю.М. Технология бетона - М.: Высш. шк., 1987. - С.5-8, 134.

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. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. - М.: Высш.шк., 1991. - С.54...234.

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

9. А.с. №1186598. Способ приготовления бетонных и растворных смесей / С 04 В 20/02.

10. А.с. №1296537. Способ активации мелкого минерального заполнителя бетона / С 04 В 14/00.

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

12. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика - М.: Изд. Технопроект, 1998 - С.9...12.

13. Баженов Ю.М. Технология бетона - М.: Высш.шк., 1987. - С.229...318.

14. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Высш. шк., 1987. - 327 с.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам регулирования усадки бетона и раствора, используемых при устройстве несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций, специальных и отделочных покрытий. В способе регулирования усадки бетона, включающем определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, устанавливают соотношение между усадкой бетона е_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона е_у0, с учетом этого соотношения. Технический результат - увеличение диапазона и повышение точности регулирования усадки бетона путем термовлажностной обработки заполнителя. 4 табл.

Способ регулирования усадки бетона, включающий определение свойств и расхода вяжущего, заполнителя и жидкости затворения, дозирование и совместное перемешивание вяжущего, заполнителя и жидкости затворения с получением бетонной смеси, ее укладку, уплотнение и выдерживание с получением бетона и определение его усадки, отличающийся тем, что устанавливают соотношение между усадкой бетона е_у и условиями термовлажностной обработки заполнителя - продолжительностью τ, температурой t и влажностью ϕ и производят термовлажностную обработку заполнителя при значениях τ₀, t₀ и ϕ₀, обеспечивающих требуемую усадку бетона е_у0, с учетом этого соотношения.