БЕТОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК C04B28/04 C09K8/467 C04B111/20 

Изобретение относится к составам бетонных композиций и может быть использовано в гидротехническом, мелиоративном, промышленно-гражданском и транспортном строительстве, преимущественно в технологиях производства высоконаполненных конструкционных бетонов, торкретбетонов и цементационных (тапонажных) растворов с повышенными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. В частности, по совокупности названных характеристик изобретение может использоваться для получения жестких, подвижных и литых бетонных композиций, применяемых в качестве конструкционных материалов при изготовлении строительных изделий, в том числе армированных и неармированных конструкций различного профиля и назначения, эксплуатируемых в условиях повышенных физических нагрузок, воздействия агрессивных водных и газовых сред и других экстремальных условиях эксплуатации сооружений, включая и заглубленные.

Изобретение может быть реализовано в торкретбетонных и цементационных технологиях, применяемых для восстановления и усиления монолитности, водонепроницаемости и прочности при нарушениях гидроизоляции и герметизации сооружений на мелиоративных системах, а также на объектах промышленно-гражданского и транспортного строительства.

Известна бетонная композиция, включающая вяжущее, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор и воду, содержащая в качестве вяжущего портландцемент марки «400», в качестве наполнителя микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок трех интервалов крупности 0,05-0,5 мм, 1,0-1,15 мм и 2,2-2,5 мм, в качестве суперпластификатора смесь продукта поликонденсации меламиноформальдегидных соединений и сульфанилата натрия МФ-АР с нитритом кальция или нитритом натрия в соотношении 1:(1,5-2,5) соответственно. Марка водонепроницаемости до W=16, прочности 83-115 МПа (см. Авторское свидетельство СССР №1760981, С04В 40/00, 1992).

Недостатками этой композиции являются сложный трехфракционный состав заполнителя, удорожающий и усложняющий его приготовление, высокая токсичность смеси МФ-АР с электролитами нитритов, требующая принятия мер предосторожности по защите органов дыхания, зрения и кожи при использовании. Кроме того, композиция имеет ограниченную область применения вследствие существенных деформаций усадки в литых и высокоподвижных смесях, ухудшающих поровую структуру, водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Известна бетонная композиция, преимущественно для торкретбетонных работ, включающая цемент, наполнитель, заполнитель, суперпластификатор, жидкое стекло и воду, содержащая портландцемент алюминатный марки «500» с долей трехкальциевого алюмината С₃А от массы цемента, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, кварцевый песок фракций менее 0,140 мм и 0,140-0,630 мм, суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта поликонденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, а также жидкое натриевое стекло Na₂O·n·SiО₂. Марка водонепроницаемости W=20 (см. Патент РФ №2067534, В28В 19/00, С04В 28/04, 1996).

Недостатком приведенной бетонной композиции является технологически не оптимальный и не обоснованный диапазон крупности фракций кварцевого песка, что приводит к увеличению водопотребности для сохранения требуемой подвижности смеси. Кроме того, содержащийся в композиции бездобавочный высокоалюминатный цемент не обладает достаточной долговечностью вследствие подверженности цементного камня сульфатной и другим видам коррозии в агрессивных средах, что может быть причиной разрушения цементного камня.

Известна бетонная композиция, включающая цемент, наполнитель, заполнитель, ПАВ типа С-3, комплексную минеральную добавку и воду, содержащая в качестве вяжущего алитовый портландцемент марки «500» с долей трехкальциевого алюмината С₃S 60-62%, в качестве наполнителя микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)·10³ см²/г, в качестве заполнителя кварцевый песок фракций менее 0,315 мм и 0,315-1,250 мм, в качестве ПАВ суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, в качестве комплексной минеральной добавки продукта совместного помола до удельной поверхности (4,5-5,0)·10³ см²/г алюминатного портландцемента с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 12-14%, кварцевого песка с удельной поверхностью (0,1-0,15)·10³ см²/г и сульфоалюмината кальция (CSA), взятых в соотношении 50:40:10, соответственно. Указанный состав обеспечивает высокие марки водонепроницаемости (W=20), реологические качества смеси и экономию цемента на 25-35% (см. Патент РФ №2067564, С04В 28/04, 1996).

Недостатком вышеописанной композиции является одновременное содержание в ней цементов различной клинкерной основы, наличие трех фракций кварцевого песка и дефицитного сульфоалюмината кальция, что усложняет и удорожает состав добавки и композиции в целом и ограничивает область применения. Кроме того, высокая взаимная зависимость активности вяжущего и наполнителей от дозировки и тонкости помола компонентов добавки предъявляет повышенные требования к контролю точности состава добавки, особенно в границах верхних значений массовых долей и дисперсности ее компонентов.

Наиболее близкими аналогами к заявленному изобретению по технической сущности, цели и достигаемому результату являются следующие бетонные композиции (см. Патент РФ №2152914 С1, С04В 28/02, 1999):

1. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов, торкретбетонных и цементационных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм и 1,25-2,50 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду.

2. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, природный песок фракции 2-5 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г и воду.

3. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, природный песок фракции 2-5 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10 см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду.

4. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г и воду.

5. Бетонная композиция, преимущественно для цементационных (инъекционных) работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду.

Вышеописанные бетонные композиции по пп.1-5 обеспечивают снижение водопотребности на 20-30%, экономию суперпластификатора на 10-12%, экономию цемента на 35-45%, сокращение продолжительности тепловлажностной обработки на 30-40%, повышение коррозионной, в т.ч. щелочной стойкости, высокую водонепроницаемость.

Однако эти бетонные композиции (пп.1-5) имеют низкие показатели деформативности, в частности недостаточную прочность на изгиб.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эксплуатационной надежности и долговечности бетонных композиций в конструкциях сооружений.

Технический результат - повышение прочности на изгиб бетонных композиций.

Указанный технический результат в части бетонной композиции по первому варианту достигается тем, что известная бетонная композиция для производства конструкционных материалов, торкретбетонных и цементационных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм и 1,25-2,50 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду, согласно изобретению дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции менее 0,14 мм 20,0-21,0 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-31,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода остальное

Технический результат в части бетонной композиции по второму варианту достигается тем, что известная бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, природный песок фракции 2-5 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г и воду, согласно изобретению дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5 Природный песок фракции 2-5 мм 48,0-52,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода остальное

Технический результат в части бетонной композиции по третьему варианту достигается тем, что известная бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, природный песок фракции 2-5 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду, согласно изобретению дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-31,0 Природный песок фракции 2-5 мм 26,5-29,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода остальное

Технический результат в части бетонной композиции по четвертому варианту достигается тем, что известная бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г и воду, согласно изобретению дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 48,0-52,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода остальное

Технический результат в части бетонной композиции по пятому варианту достигается тем, что известная бетонная композиция, преимущественно для цементационных (инъекционных) работ, включающая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1, соответственно, и воду, согласно изобретению дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем с удельной поверхностью(15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции менее 0,4 мм 38,0-42,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,85 Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 16,5-18,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода остальное

Проведенный анализ уровня технологий приготовления бетонных композиций по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявителями не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательского уровня» заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайших аналогов признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Для использования в качестве вяжущего в заявленной бетонной композиции (варианты) предпочтительными являются портландцементы по ГОСТ 10178-85* и ГОСТ 22266-94, имеющие минералогический состав клинкера,% по массе:

- алит С₃S(3СаО·SiO₂) - 58-62;

- белит С₂S(2СаО·SiO₂) - 10-20;

- алюминат трехкальциевый С₃А(3СаО·Аl₂О₃) - 5-12;

- прочие алюминаты (до C₅A₃) - 0,5-0,7;

- алюмоферриты переменного состава от C₄AF (4СаО·Аl₂О₃·Fе₂О₃) до С₈А₃F(8СаО₃·3Аl₂О₃·Fе₂О₃).

Указанные цементы имеют химический состав, % по массе: СаО 60-72; SiO₂ 20-25;

Аl₂О₃ 3-10; Fе₂О₃ 0,5-5,0; MgO 0,3-4,0; SO₃ 0,1-2,0.

Удельный вес 3,24-3,35 г/см³ (в зависимости от дисперсности). Тонкость помола: количество зерен более 30 мкм - 30-40%, остальное - менее 30 мкм. Удельная поверхность (2,2-4,5)·10 см²/г зависит от помола и дисперсности.

Микрокремнезем конденсированный сухих отпускных форм - по ТУ 5743-048-02495332-96. НИИЖБ Минстроя РФ. М. 96, продукт отбора с рукавных или электрических фильтров тонкодисперсных частиц систем газоочистки производства кремнийсодержащих сплавов. Поставляется в трех отпускных формах по маркам: неуплотненный (МК-85, МК-65), уплотненный (МКУ-85, МКУ-65), суспензия (МКС-85), в которых цифра указывает минимально допустимое количество диоксида кремния SiO₂. По физико-химическим показателям соответствует следующим нормам:

- массовая доля микрокремнезема (в пересчете на сухой продукт) - не менее 90-97% (для суспензий 40%);

- массовая доля диоксида кремния - не менее 65-85% (в зависимости от марки);

- массовая доля остальных продуктов (суммарно Na₂O, K₂О, СаО, SO₃) - не более 5,6%;

- удельная поверхность - не менее 12·10³ см²/г;

- насыпная плотность сухих форм - 150-250 кг/м³ (неуплотненный), 280-500 кг/м³ (уплотненный);

- индекс активности - не менее 90-95%;

- плотность водной суспензии (пасты) - не менее 1280 кг/м³;

- рН водной суспензии 5%-ной - не менее 7.

Упаковка - в специализированные контейнеры или многослойные бумажные мешки соответствующих ТУ, поставка - вагонами или автотранспортом (суспензия - в цистернах или иных стальных емкостях).

Применяют согласно ГОСТ 10178-85* и указанных ТУ на микрокремнезем в сухом состоянии, либо в виде пасты с массовой концентрацией 40-70%.

Основное предназначение - высокоактивный минеральный наполнитель для приготовления бетонов высоких марок по прочности, водонепроницаемости и коррозионной стойкости. Производитель - завод «ТОО Микросил» (г.Челябинск).

Молотый кварцевый песок по ТУ 501-2-17-77 и ГОСТ 9077-82*. Может иметь удельную поверхность до (6,0-6,2)·10³ см²/г. Плотность: удельная - 2,62 т/м³, насыпная - 0,93 т/м³. Химический состав, %: SiO₂ - 96-98; Аl₂O₃ - 0,7-0,8; Fе₂О₃ - 0,7-0,75; СаО - 0,5-0,55; MgO - 0,1-0,15; SO₃ - 0,12-0,14; прочие - 0,06.

Кварцевый песок - по ГОСТ8736-93*, ГОСТ 10268-80.

Химический состав, %: SiO₂; 65-95; Аl₂O₃+Fе₂O₃ 0,2-8;

Щелочей (в пересчете Na₂O) - 0,5-4,1;

Сернистых и сернокислых примесей (в пересчете на SO₂) не более 2.

Фракционирование песка осуществляют по границам крупности зерен 0,63 мм и 1,25 мм.

Допустимое содержание частиц размером 0,10 мм в пределах 3-5% по массе. Допустимая влажность до 9% учитывается при корректировке расхода воды, содержащейся в композиции.

Природный песок фракции 2-5 мм по ГОСТ 8736-93* - неорганический сыпучий материал, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использованная специального обогатительного оборудования.

Суперпластификатор С-3 - по ТУ 6-36-0204229-625-90 «Пластификатор С-3. Технические условия», НИИЖБ Минстроя РФ, М.90 и в соответствии с «Рекомендациями по применению добавок СП в производство сборного и монолитного бетона и железобетона». НИИЖБ Госстроя СССР, М. 87. Представляет собой химический продукт глубокой конденсации нафталинформальдегидных соединений и сульфокислот. Активным пластифицирующим компонентом, участвующим также в приросте плотности, прочности, морозостойкости и коррозионной стойкости, является смесь олигомеров и полимеров полиметиленполинафталинсульфонатов (не менее 69%); примесью, ухудшающей пластифицирующее действие С-3 и названные характеристики бетона, является мономер натриевой соли нафталинсульфокислоты (не более 3,5-10,5%).

Используют в виде водных растворов 20-40% концентрации, в количестве 0,4-0,8 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Формы поставки в виде сухого порошка, предпочтительно в мягких контейнерах, или в виде водного раствора 20-40% концентрации, плотностью от 1,09 до 1,2 г/см³ с содержанием сухого вещества от 0,22 до 0,48 кг/л раствора соответственно.

Комплексная добавка - высокодисперсная активная органо-минеральная смесь продуктов интенсивного сухого измельчения и диспергирования до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г одновременно клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с содержанием трехкальциевого алюмината С₃А 8-12% от массы цемента, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении цемент:песок:порошок СП, соответственно, 5:4:1.

Комплексную добавку получают путем интенсивного совместного сухого перемешивания и одновременно измельчения указанных компонентов в высокоскоростных турбулентных смесителях-активаторах типа СА 600/800 в течение 30-40 с при скорости вращения рабочего органа 800 об/мин, или в активаторах типа СБ-133 в течение 45-55 с при скорости вращения рабочего органа 550-600 об/мин.

Удельная плотность 2,55-2,65 г/см³. Оптимальное содержание в бетонной композиции 2,5-3,0 мас.%. Основное назначение комплексной добавки: снижение водопотребности, ускорение набора прочности в начальные сроки твердения, исключение деформаций усадки, усиление коррозионной стойкости, плотности и водонепроницаемости, снижение расхода суперпластификатора в композиции и марочности цемента без ухудшения свойств бетона.

Асбест хризотиловый 7 сорта по ГОСТ 12871-93*. Химический состав приближенно соответствует теоретической формуле 3MgO·2SiO₂·2H₂. Температура плавления 1450-1500°С, термостойкость (потеря конституционной воды и прочности) при длительном постоянном нагреве 500°С, при кратковременном нагреве 700°С, щелочестойкость высокая, содержание растворимых веществ в 25%-ной KОН при кипячении 4 ч ≤5%, кислотостойкость слабая.

Перед введением в бетонную смесь асбест хризотиловый измельчают в ножевой мельнице типа РМ-120 до крупности не более 0,2 мм.

Шлифовальная пыль ТУ-38.3146-78 - отход производства асбестотехнических изделий получается при шлифовке автоформованных деталей, состоящих из смеси вулканизованного каучука, асбеста, барита, сурика железного, глинозема, графита скрытокристаллического и др. Химический состав, мас.%: бутадиеновый каучук 14,0-16,3; окись железа 1,2-11,6; окись магния 4,0-19,7; окись цинка 0,4-3,1; двуокись цинка 0,4-3,1; двуокись кремния 4,0-5,5; сера 1,0-2,2; сажа 15-23; ацетоновый экстракт (твердый остаток) после выпаривания ацетона, используемого в технологическом процессе производства автоформованных деталей, 1,4-2,6; сернокислый барий 16,0-59. Массовая доля фракции размером <0,25 мм ≥95% >1 мм ≤1%. Насыпная плотность 0,4-0,6 г/см³.

Вода - по ГОСТ 2874-82 и ГОСТ 23732-79. Максимально допустимое содержание примесей не должно превышать, мг/л: растворимых солей - 5000, ионов SO₄ ^-2 - 2700, ионов хлора Сl^-1 - 1200, взвешенных частиц - 200.

Заявленную бетонную композицию готовят по технологии интенсивного раздельного перемешивания ее компонентов в скоростном турбулентном смесителе в определенной последовательности, при этом комплексную добавку вводят в смесь при окончательном перемешивании в низкоскоростном бетоносмесителе. Время между окончанием приготовления композиции и началом ее использования не должно превышать 45-50 мин.

Примеры выполнения изобретения иллюстрируются в табл.1 (состав композиции).

Поставленная в изобретении цель достигается также и тем, что композиция является наполненной полидисперсной средой, в которой выполняются условия комплексного использования физико-химических свойств компонентов наряду с условиями раздельного (избирательного) действия какого-либо из этих свойств, в зависимости от периода существования (фазы) смеси.

Механизм реализации указанных условий заключается в следующих процессах, характерных для различных периодов гидратации:

а) в ненасыщенной жидкой фазе композиции (на дисперсном уровне) преобладают действия адгезионно-когезионных сил, вследствие которых подвижная дисперсная фаза цементной матрицы, наполнителей и добавок оптимально распределена в межзерновом объеме заполнителей. Это создает условия для эффективного формирования активными частицами вяжущего, наполнителей и добавок множественных структурообразующих центров гидратации, в зоне действия которых концентрируется максимально возможное количество реагирующих частиц, что обеспечивает в дальнейшем требуемую интенсивность гидратации.

Указанному распределению способствует также и оптимальные (расчетные) соотношения объемно-весовых долей различных частиц композиции как с соизмеримыми между собой размерами и дисперсностями, так и соотношениями частиц, различающимися по дисперсностям и размерам на порядок и более.

б) в перенасыщенной жидкой фазе композиции (на микроструктурном уровне) преобладают процессы гелеобразования с интенсивным формированием первичных нестабильных твердых фаз кристаллизации, их агрегированием в более крупные объединенные структуры и последующими фазовыми (химическими и физическими) превращениями кристаллогидратов в устойчивые формы гидроксидов, гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроалюмоферритов и гидросульфоалюминатов кальция. При этом каждый элемент микроструктуры содержит указанные продукты синтеза в сложных объемно-пространственных и физических состояниях, обеспечивающих требуемое по изобретению качество бетона.

в) в последующие периоды физико-химических превращений (на уровне макроструктуры цементного камня) характерными являются менее интенсивные продолжающиеся процессы увеличения плотности, непроницаемости, прочности и других характеристик в основном за счет новых циклов гидратации, образования новых стабильных фаз кристаллогидратов и улучшения поровой структуры вследствие сокращения размеров и количества микрокапилляров и объемов условно-замкнутых пор.

Во всех вышеуказанных процессах существенным является замедленная начальная скорость твердения, обусловленная присутствием суперпластификатора С-3 гидрофильного типа. Для устранения такого явления композиция содержит различные высокоактивные наполнители, в том числе ультрадисперсные, и комплексную добавку, компоненты которых интенсивно участвуют в реакциях, ускоряют начальную гидратацию цементных зерен и последующие процессы синтеза продуктов гидратации, включая и реакции с нестабильными фазами гидроксидов, гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Это объясняется тем, что в периоды начальных процессов гидратации и определенное последующее время (до нескольких месяцев) мономинералы алюминатных фаз добавки С₃А и C₄AF по степени активности в воде затворения на 1-2 порядка выше активности мономинералов силикатных фаз композиции, в том числе алита С₃S и белита C₂S. Следствием этого является ускорение набора прочности в начальный период твердения, уплотнение структуры камня, снижение количества несвязанной (свободной) воды и нестабильных фаз гидроксидов кальция, что в целом улучшает конечные значения физических характеристик бетона, в т.ч. и его стойкость к агрессивным средам.

Вместе с тем, увеличение интенсивности гидратации и скорости твердения в начальный период не исключает явления возможного относительного повышения тепловыделения в объеме гидратирующей композиции, что может стать причиной последующих усадочных напряжений, трещинообразования, ухудшения поровой структуры и снижения плотности и прочности камня. Указанные нежелательные процессы устраняются тем, что имеющаяся в композиции комплексная добавка содержит активные тонкодиспергированные компоненты, среди которых высокоалюминатная составляющая добавки способствует дополнительному интенсивному образованию кристаллов гидросульфоалюминатов кальция, обеспечивающих за счет взаимодействия с кристаллами гидроксидов кальция и других продуктов реакций, а также за счет роста собственных кристаллов определенное объемно-линейное увеличение формируемой структуры камня. Указанное действие добавки достаточно для компенсации усадочных напряжений и определенного уплотнения твердеющего бетона. При этом наличие в составе комплексной добавки незначительной части суперпластификатора С-3 повышенной дисперсности дополнительно снижает водопотребность смеси без ухудшения ее подвижности, а присутствие в добавке части молотого песка исключает нежелательные процессы флокуляции и обеспечивает лучшее диспергирование компонентов добавки. В сочетании с остальными процессами указанное действие комплексной добавки способствует также сохранению в течение более длительного времени процессов улучшения поровой структуры камня и связанных с нею улучшения показателей плотности, непроницаемости, прочности и долговечности бетона.

Регулирование свойств комплексной добавки, обеспечивающих вышеуказанные процессы, осуществляют выбором степени алюминатности и марочности цемента, входящего в добавку, требуемой дисперсностью и дозировкой компонентов, с учетом расчетного количества остальных компонентов композиции.

Применение асбеста хризотилового как армирующего материала обусловлено его высокой степенью сходства с новообразованиями цементного компонента, высокими прочностными характеристиками и большим модулем деформативности его волокон.

Шлифовальная пыль - отход производства асбестотехнических изделий, состоящая из смеси вулканизованного каучука, асбеста и других химических элементов, является активным тонкодисперсным наполнителем и способствует повышению прочности и деформативности предлагаемой бетонной композиции.

В зависимости от целей использования бетонной композиции предусматривают замену заявленного заполнителя на другие мелко- и среднезернистые заполнители.

В частности, в торкретбетонных работах допускается использование в качестве заполнителя кварцевого песка большей крупности зерен из заявленных фракций 2-5 мм; в цементационных работах по способу глубинного нагнетания смеси под давлением используют заявленный заполнитель меньшей крупности кварцевого песка; в остальных случаях, включая производство изделий с улучшенной формуемостью, используют бетонную композицию предложенного состава.

Результаты испытаний предлагаемой бетонной композиции (варианты) приведены в табл.2.

Таблица 2 Физико-механические показатели изобретения (в среднем, по примерам выполнения 1-12 в сравнении с прототипом, согласно табл.1) Примеры Показатели Прочность бетонной композиции при изгибе (R_n) по ГОСТ 8462-85, МПа Водонепроницаемость (W) по ГОСТ 12730.5-84*, марка Морозостойкость (F) по ГОСТ 10060.1-95, циклы через 3 суток через 7 суток через 28 суток 1 2 3 4 5 6 1 3,89 6,89 11,80 21 305 2 3,91 6,92 11,85 21 306 3 3,96 7,00 12,00 22 310 4 3,94 6,98 11,95 22 308 5 3,99 7,07 12,10 22 311 6 4,01 7,10 12,16 23 312 7 3,93 6,95 11,90 21 307 8 3,94 6,97 11,94 21 308 9 3,96 7,00 12,00 21 310 10 3,98 7,05 12,07 22 311 11 4,03 7,12 12,20 23 313 12 4,04 7,15 12,25 24 315 Прототип 3,23 5,72 9,80 20 300

Из представленных данных в табл.2 следует, что бетонная композиция (варианты) по изобретению обладает более высокими показателями физико-механических свойств по сравнению с прототипом (патент №2152914).

Таким образом, результаты исследований (табл.1, табл.2) свидетельствуют о том, что по предлагаемому изобретению достигается указанный технических результат, а именно: повышение прочности на изгиб, морозостойкости и водонепроницаемости бетонных композиций.

Изобретение относится к составам бетонных композиций и может быть использовано в гидротехническом, мелиоративном, промышленно-гражданском и транспортном строительстве, преимущественно в технологиях производства конструкционных бетонов, торкретбетонов и цементационных - тампонажных растворов. Технический результат - повышение прочности на изгиб. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов, торкретбетонных и цементационных работ содержит, мас.%: портландцемент 24,0-25,0, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г 4,0-5,5, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм 20,0-21,0, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-31,0, суперпластификатор С-3 0,4-0,8, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г 6,5-8,0, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А 8-12%, кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, в соотношении 5:4:1, соответственно, 2,5-3,0, армирующий компонент - асбест хризотиловый 0,6-1,6, шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий 0,6-1,6. В варианте II бетонная смесь содержит кварцевый песок фракции 2-5,5 мм, в III - фракций 1,25-2,5 мм и 2-5 мм, в IV - фракции 1,25-2,5 мм, в V - фракции менее 0,4 мм. 5 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов, торкретбетонных и цементационных работ, содержащая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм и 1,25-2,50 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А в нем 8-12%, кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3, взятых в соотношении 5:4:1 соответственно, армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 24,0-25,0 Указанный микрокремнезем 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции менее 0,14 мм 20,0-21,0 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-31,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Указанный молотый кварцевый песок 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства   асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода Остальное

2. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, содержащая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, песок фракции 2-5 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3 в соотношении 5:4:1 соответственно, армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 24,0-25,0 Указанный микрокремнезем 4,0-5,5 Песок фракции 2-5 мм 48,0-52,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Указанный молотый кварцевый песок 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства   асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода Остальное

3. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, содержащая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, песок фракции 2-5 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3 в соотношении 5:4:1 соответственно, армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 24,0-25,0 Указанный микрокремнезем 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 28,0-31,0 Песок фракции 2-5 мм 26,5-29,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства   асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода Остальное

4. Бетонная композиция для производства конструкционных материалов и торкретбетонных работ, содержащая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³
см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3 в соотношении 5:4:1 соответственно, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью (3,5-4,0)·10³ см²/г, армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 24,0-25,0 Указанный микрокремнезем 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции 1,25-2,50 мм 48,0-52,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,8 Указанный молотый кварцевый песок 6,5-8,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства   асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода Остальное

5. Бетонная композиция преимущественно для цементационных-инъекционных работ, содержащая портландцемент, суперпластификатор С-3, микрокремнезем конденсированный с удельной поверхностью (15-25)·10³ см²/г, кварцевый песок фракции менее 0,14 мм, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью
(3,5-4,0)·10³ см²/г, комплексную добавку - продукт совместного интенсивного сухого измельчения до удельной поверхности (4,0-4,5)·10³ см²/г клинкерного алюминатного цемента марки «500» или «600» с долей трехкальциевого алюмината С₃А 8-12%, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью (1,5-2,5)·10³ см²/г и сухого порошка суперпластификатора С-3 в соотношении 5:4:1 соответственно, и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит армирующий компонент - асбест хризотиловый и шлифовальную пыль - отход производства асбестотехнических изделий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 24,0-25,0 Микрокремнезем с удельной поверхностью   (15-25)·10 см²/г 4,0-5,5 Кварцевый песок фракции менее 0,4 мм 38,0-42,0 Суперпластификатор С-3 0,4-0,85 Указанный молотый кварцевый песок 16,5-18,0 Указанная комплексная добавка 2,5-3,0 Асбест хризотиловый 0,6-1,6 Шлифовальная пыль - отход производства   асбестотехнических изделий 0,6-1,6 Вода Остальное