СОСТАВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА Российский патент 2009 года по МПК C04B28/04 C04B40/00 C04B111/20 C04B111/27 

Введение

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам для приготовления бетонов на портландцементном вяжущем, например мелкозернистых, цементно-полимерных, и может быть использовано в производстве железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства, а также товарного бетона.

Уровень техники

Известны составы для приготовления бетона на основе портландцемента, содержащие также воду, различные заполнители и добавки для придания различных свойств.

Известен состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, Н.И.Соломина. Дериватографические исследования мелкозернистого бетона на механомагнитоактивированной воде затворения. Информационная среда вуза. Материалы XII Международной научно-технической конференции. ИГАСА. Иванове, 2005 г., стр.151). В качестве воды затворения используют воду, которую предварительно подвергают механической активации при частоте оборотов механоактиватора 3000 об/мин в течение 5 мин, после чего в ней при перемешивании растворяют добавку и на полученном водном растворе замешивают бетон.

Известен состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку С-3 (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, М.Л.Коркин, А.В.Стрельников. Применение механоактивации в технологии строительных материалов. Новые энергосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов. Сборник статей. Пенза, 2005 г., стр.188). При приготовлении этого состава в воде растворяют добавку С-3 в количестве 0,65-1% от массы вяжущего и полученный раствор подвергают механоактивации. Затем на этом механоактивированном растворе замешивают бетон.

Известен также состав, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (В.И.Классен. Омагничевание водных систем. - М.: Химия. 1978., стр.134). Для приготовлении этого состава воду подвергают воздействию магнитного поля постоянной напряженностью 65-184 кА/м при скорости водного потока от 0,65 до 1,0 м/с. Затем в обработанную таким образом воду вводят добавки и на полученном растворе замешивают бетон.

Известен также состав для приготовления бетона, содержащий портландцемент, заполнитель, воду затворения и добавку (В.И.Классен. Омагничевание водных систем. - М.: Химия. 1978., стр.139). Для приготовления этого состава в воде растворяют добавку сульфитоспиртовую бражку и полученный раствор подвергают воздействию магнитного поля напряженностью 140 кА/м. Затем обработанный таким образом раствор используют в качестве воды затворения при замешивании бетона.

Однако для этих составов общими недостатками являются большие энергозатраты, расход химических добавок и низкие прочностные показатели.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является состав для приготовления бетона на основе портландцемента, содержащий портландцемент, заполнитель и воду (С.В.Федосов, М.В.Акулова, В.И.Касаткина, Н.И.Соломина. Дериватографические исследования мелкозернистого бетона на механомагнитоактивированной воде затворения. Информационная среда вуза. Материалы XII Международной научно-технической конференции. ИГАСА. Иваново, 2005 г., стр.151). Для приготовлении этого состава воду подвергают обработке в механомагнитоактиваторе в течение 5 мин при частоте оборотов механомагнитоактиватора 3000 об/мин. Затем в эту воду при перемешивании вводят добавку и полученный раствор используют для замешивания бетона.

Однако велики затраты электроэнергии на механическую активацию в течение 5 мин. При этом прочностные показатели недостаточно высокие. Так, кубиковая прочность на сжатие мелкозернистого бетона разных составов через 28 суток нормального твердения не превышает 26,5 МПа, а на изгиб не выше 4,8 МПа.

Таким образом, не известен состав для приготовления бетона на основе портландцемента, включающий также механомагнитоактивированную воду и заполнитель, который позволил бы повысить прочностные показатели при существенном уменьшении энергетических затрат.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в поиске состава для приготовления бетона на основе портландцемента, включающего портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, который позволил бы снизить энергозатраты при одновременном повышении прочностных показателей изделий из этого бетона.

Поставленная задача решена составом для приготовления бетона на основе портландцемента, включающим портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, который дополнительно содержит добавку в количестве 0,003-0,007% от веса цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- существенно снизить (не менее чем на 40%) энергетические затраты за счет резкого сокращения времени механомагнитной активации, несмотря на несколько более высокие обороты активатора;

- повысить прочностные показатели. Так, прочность на сжатие (R_сж) через 28 суток нормального твердения мелкозернистого бетона составляет 35,3-64,4 МПа, а на изгиб (R_изг) - 6,0-9,5 МПа.

К тому же изобретение позволяет получить следующие преимущества.

1. Резкое, более чем в 100 раз сокращение расхода добавок по сравнению с общепринятым по ГОСТ и ТУ. Это позволяет в свою очередь:

а) использовать для затворения бетона различные добавки, ранее неприменяемые из-за их нерастворимости в воде, поскольку изобретение позволяет получить устойчивую нанодисперсную систему из воды и этих добавок;

б) получать устойчивые водные суспензии с различными концентрациями модификаторов для затворения бетона;

в) не допустить отрицательное воздействие химических добавок на свойства бетона за счет их малой концентрации в его составе, например, повысить коррозионную стойкость при введении добавок, содержащих хлор;

г) снизить себестоимость продукции из бетона на основе портландцемента на 18%.

2. Снизить расход цемента на 10-15% с сохранением прочности.

3. Повысить подвижность бетонной смеси на 1-2 ступени.

4. Повысить качество смеси (снизить водоотделение, расслаиваемость, повысить связанность, перекачиваемость).

5. Повысить морозостойкость бетона на 1-2 ступени.

6. Повысить водонепроницаемость бетона на 1-3 ступени.

7. Сократить суммарное время технологических циклов при изготовлении железобетонных изделий, включая тепловлажностную обработку (ТВО) от 1,0 часа до 1,5 часов и, тем самым, сократить энергозатраты.

8. Уменьшить в целом себестоимость товарного бетона и железобетонных конструкций с учетом уменьшения энергетических затрат не менее чем на 25%.

Сведения подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для приготовления состава обычных (мелкозернистого, тяжелого) бетонов различных классов и назначения используют следующее.

1. Портландцемент без добавок по ГОСТ 10178.

2. Заполнитель:

в качестве крупного заполнителя:

- щебень из природного камня по ГОСТ 8267;

- щебень из гравия по ГОСТ 10260;

- гравий по ГОСТ 8268;

в качестве мелкого заполнителя:

- природный песок и песок из отсевов дробления и их смеси по ГОСТ 8736.

3. Вода затворения бетонной смеси и приготовления растворов добавок по ГОСТ 23732.

4. Добавки: неорганические и органические химические соединения и полимеры, взятые как по отдельности, так и в смеси друг с другом по ГОСТ 24211, ГОСТ 30459 и ТУ в микродозах (от 0,003% до 0,007% относительно массы цемента).

Состав обычного бетона средней плотности 2200-2500 кг/м³ подбирают по ГОСТ 27007 с учетом влажности заполнителей.

Минимальный расход цемента принимают по ГОСТ 22266.

Требуемое значение водоцементного отношения В/Ц:

- 0,30-0,35 - для бетона на мелком заполнителе;

- 0,40-0,44 - для бетона на крупном заполнителе. Необходимым условием является предварительная совместная обработка расчетного объема воды затворения с добавкой или добавками в механомагнитоактиваторе с последующим транспортированием ее в бетоносмеситель.

Оптимальный режим активации, при котором достигается наилучший эффект, для каждого варианта применяемых добавок определяется индивидуально в пределах заявленных режимов:

- скорость вращения ротора с рабочими насадками регулируется в диапазоне от 3600 до 5600 оборотов в минуту;

- напряженность магнитного поля от 140 до 170 кА/м;

- продолжительность активации от 0,3 до 0,9 минут.

Технология приготовления бетона в лабораторных условиях заключается в следующем.

Сыпучие исходные материалы бетонной смеси, а именно портландцемент и заполнители, дозируют по массе, загружают в смеситель принудительного действия и тщательно перемешивают. Воду с химической добавкой или добавками определенной концентрации заливают в механомагнитоактиватор и подвергают активации при заявленных режимах обработки. В зависимости от вида применяемых индивидуальных и комплексных добавок получают механомагнитоактивированный раствор, или дисперсию, или суспензию. Затем расчетное количество этой массы подают в смеситель для затворения сухих компонентов бетонной смеси и перемешивают.

Полученную бетонную смесь используют для изготовления опытных образцов и для исследования ее реологических свойств.

Для изготовления опытных образцов бетонную смесь заливают в стандартные формы и после ее уплотнения на лабораторной виброплощадке типа СМЖ-739, помещают их в среду для нормального твердения в естественных условиях.

По истечении 28 суток, проводят испытание образцов на определение показателей качества бетона.

Прочность на сжатие и на растяжение при изгибе определяют по ГОСТ 10180; ГОСТ 17624.

Морозостойкость определяют по ГОСТ 10060.2.

Водопоглощение по массе по ГОСТ 12730.3.

Водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5.

Исследование бетонной смеси на удобоукладываемость проводят по ГОСТ 10181.1.

Составы и качественные показатели бетонов, полученных при различных режимах механомагнитной активации воды с разными добавками, приведены таблице.

Качественные показатели образцов бетона, приготовленных из заявленного состава
Таблица№СоставаПроектный класс бетонаЦемент, кг/м³Заполнитель, кг/м³Вода, кг/м³ДобавкаВремя обработки, минСкорость вращения ротора активатора, об/минНапряженность магнитного поля, кА/мОсадка конуса, (ОК), смПрочность на сжатие, МПаПрочность на осевое растяжение, МПа, в возрасте 28 сутокПрочность на изгиб, МПа, в разрасте 28 сутокМарка бетона по водонепроницаемости (W)Марка бетона по морозостойкости, (F)МаркаКоличествоМелкий (кварц. Песок, Мкр1,5-2,8)Крупный (щебень, гравий) Мкр5,0-20,0Наименование (условная марка)*Дозировка, % от веса цемента123456789101112131415161718lВ204004901440-175С-30,0040,336001408,035,30,86,561502В405005351610-165лет0,0030,645001707,058,80,96,862003В204003147941200110ЛСТ0,0030,446001403,038,41,16,282004В205002706751035100«Реламикс»0,0040,456001405,033,51,36,3103005В205002706751035110«Полипласт»0,0040,756001406,036,51,66,6103006В405005401610-180Хлорид натрия0,0030,956001706,050,80,86,14200

1234567891011121314151617187В20400314794120095С-3+ЛСТ0,002+0,0030,346001709,036,51,16,484008В204003107941200105ЛСТ+ГКЖ-100,003+0,0030,456001409,034,71,36,2104009В204004951440-190Карбамид0,0040,856001706,032,21,08,41250010В405005261640-175«Универсал-П-2»0,0070,556001507,057,51,58,91040011В405005301610-170Оксид железа0,0030,956001706,054,51.37,2840012В405005201620-185Фуллерен С600,0050,956001706,061,22,18,21260013В405005151640-160Фуллерен С60+С-30,001+0,0050,956001708,064,42,49,51480014**В405005401635-190--5,035001403,044,60,45,0410015**В204003147941200145--5,035001402,026,50,64,86200Примечания:
^*С-3 ТУ6-36-020429-635; ЛСТ ТУ13-0281036-05; МЦ ТУ6-05-1857; «Реламикс» комплексная добавка ТУ5870-002-14153664; «Полипласт» комплексная добавка ТУ5870-005-58042865-05; Хлорид натрия ТУ 6-13-14; Карбамид ГОСТ 2081; Фулерен С60 - наноразмерные частицы углерода (графит); «Унивесал-П-2» ТУ 5870-119-46854090-01; ГКЖ 10 ТУ 6-02-696; Оксид железа (F₂О₃) - ГОСТ 4173.
^** прототип

Изобретение относится к составам для приготовления бетонов на портландцементном вяжущем и может быть использовано в производстве железобетонных конструкций, а также товарного бетона. Состав содержит: портландцемент, заполнитель, предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду и дополнительно добавку в количестве 0,003-0,007% от веса цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин. Технический результат - повышение прочностных показателей бетона, морозостойкости и водонепроницаемости, снижение энергетических затрат и времени приготовления бетона. 1 табл.

Состав для приготовления бетона на основе портландцемента, включающий портландцемент, заполнитель и предварительно обработанную в механомагнитоактиваторе воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку в количестве 0,003-0,007 вес.% цемента, предварительно подвергнутую совместно с водой обработке в механомагнитоактиваторе при частоте вращения ротора 3600-5600 об/мин, напряженности магнитного поля 140-170 кА/м в течение 0,3-0,9 мин.