БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2012 года по МПК C04B28/00 

Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, а так же для устройства верхних и нижних слоев дорожного покрытия и их последующем ремонте.

В истории развития автомобильных дорог наступил момент, когда старые, то есть традиционно используемые асфальтобетонные покрытия, применяемые с XIX века, уже не соответствуют современным требованиям из-за возросших нагрузок на ось транспортных средств, а новых дорожных покрытий, отвечающих всем требованиям современного этапа развития автопромышленного комплекса, нет.

В настоящее время на существующих автомобильных дорогах Российской Федерации сложилась ситуация, когда конструкции дорожных одежд не отвечают требованиям по долговечности и несущей способности. Автомобильные дороги по своим транспортно-эксплуатационным характеристикам рассчитаны на нагрузку 6-10 тонн на ось, что не соответствует постоянно растущей интенсивности движения, грузонапряженности перевозок, появлению новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на ось 11-13 тонн. Все это приводит к быстрому разрушению асфальтобетонных покрытий, колееобразованию. При этом приходится чаще ремонтировать покрытия, межремонтные сроки сокращаются, что приводит к увеличению затрат на содержание и последующий ремонт дорожных одежд.

Одним из путей получения качественного покрытия является применение бетонной смеси с использованием отходов промышленного производства. Поэтому применение особо жестких смесей является более целесообразным, по сравнению с традиционными бетонными смесями, из-за меньшего расхода цемента. В наибольшей степени этим требованиям отвечает укатываемый бетон.

Известна бетонная смесь (RU патент №2123989), применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковой смеси, комплексной водопонижающей добавки, смеси ионов, хелатолигантов, водного раствора крепителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 27,0-41,0 Золошлаковая смесь 50,0-58,0 Комплексная водопонижающая добавка 0,5-2,5 Смесь ионов 0,01-0,42 Хелатолиганты 0,01-0,25 Водный раствор крепителя 1,5-5,0 Остаточная вода затворения Остальное

Известна бетонная смесь (RU патент №2311236, применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковых отходов мусоросжигания, заполнителей, добавки - модификаторов, добавки - детоксикантов и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 20-25 Золошлаковые отходы мусоросжигания 40,0-60,0 Заполнитель 0-30 Добавка-модификатор 0,02-0,075 Добавка детоксикант 0,01-0,25 Вода Остальное

Недостатком указанных смесей является большое количество входящих компонентов в состав бетонной смеси, что ведет к сложности приготовления изделия и использованию более дорогой марки портландцемента М500, что приводит к ее значительному удорожанию.

Наиболее близким по технической сущности является бетонная смесь (RU патент №2351563), представляющая собой смесь цемента, золы гидроудаления, песка, крупного заполнителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент 270-340 Зола гидроудаления 60-130 Песок 510 Крупный заполнитель 1260 Вода 200

Недостатком указанной бетонной смеси является большой разбег приделов у цемента и золы гидроудаления, что влияет на количество мелкого (песок) и крупного заполнителя. В рецепте прототипа используется большое количество воды, что уменьшает жесткость бетона, а следовательно, не может применяться в качестве укатываемого бетона для дорожных покрытий. Кроме того, использование более дорогой марки портландцемента М500 и большое количество крупного природного заполнителя приводит к значительному удорожанию бетонной смеси.

В результатах проведенных исследований прототипа не указана плотность и морозостойкость бетона, что ставит под сомнение использование его в качестве укатываемого бетона согласно ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.

Для устранения указанных недостатков предлагается бетонная смесь, состоящая из цемента, золы уноса, песка, крупного заполнителя, мелкого фракции до 3 мм и крупного фракции от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята (АГ), воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Цемент 356 Зола уноса 89 Песок 561 Крупный заполнитель 685 АГ (мелкий) 50 АГ (крупный) 468 Вода 180

Предпочтительно использование золы уноса ТЭЦ-6, г.Братска следующего состава:

Содержание элементов в расчете на оксиды Нормативный документ на метод испытания Величина, % Потери при прокаливании ГОСТ 11022-95 Не более 5 SiO₂ ГОСТ 10538-87 45.1-52.7 TiO₂ ГОСТ 10538-87 0.3-0.4 Al₂O₃ ГОСТ 10538-87 6.5-11.4 Fe₂O₃ ГОСТ 10538-87 17.2-9.0 CaO ГОСТ 10538-87 24.5-12.5 MgO ГОСТ 10538-87 5.2-7.2 SiO₂ ГОСТ 10538-87 45.1-52.7 K₂O Методика №30-07 0.2-0.1 Na₂O СО 34.37.528-94 0.5-0.4 SO₃ ГОСТ 10538-87 3.40-0.56 CaO св ГОСТ 23227-78 Не более 10

Перед применением золы уноса она подвергалась активированию на шаровой мельнице. Активация золы проходила в течение 20 минут.

В качестве цемента в примерах выполнения использован активированный портландцемент М400 Ангарского цементного завода, в качестве песка применялся песок из отсева дробления речного ПГС, в качестве крупного заполнителя щебеня применялся щебень после дробления речного ПГС фракции 5-20 мм.

Получение асфальтобетонного гранулята из фрезерованного материала осуществляют на стационарных, самоходных и передвижных дробилках, куда его доставляют для дробления до требуемых размеров с последующей разгрохоткой по фракциям. Для этого используют в основном дробилки щекового и роторного типа. Дробление необходимо производить при пониженных температурах воздуха.

В качестве пластифицирующей добавки использовали промышленный суперпластификатор С-3.

Ускорители твердения и воздухововлекающие добавки не применялись.

Способ приготовления бетонной смеси:

Разбивают все заполнители на три равные части и приступают к приготовлению бетонной смеси:

1. перемешивают часть песка с частью мелкого АГ;

2. добавляют часть щебня, перемешивают;

3. добавляют часть крупного АГ, перемешивают;

4. добавляют золу уноса, перемешивают;

5. добавляют цемент, перемешивают;

6. весь процесс повторяют с добавлением оставшихся двух частей, после чего добавляют также тремя частями воду;

7. в заключение добавляют пластифицирующую добавку.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблице:

Компоненты бетонной смеси и свойства бетона Еденица измерения Соотношение компонентов бетонной смеси по составам     1 2 1 Цемент кг/м³ 356 356 356 Зола уноса кг/м³ 89 89 89 Песок кг/м³ 428 428 561 Крупный заполнитель кг/м³ 685 685 685 АГ (мелкий) кг/м³ 184 184 50 АГ (крупный) кг/м³ 457 457 468 Вода кг/м³ 200 190 180 Пластификатор С-3 (от массы цемента) % - 0,6 0,6 Плотность кг/м³ 2248 2248 2308 Прочность (класс бетона) МПа В15 В20 В25 Морозостойкость цикл F 50 F 75 F 100 Подвижность (осадка конуса) см 1,5 1,5 0,6 В соответствии с ГОСТ 10181.1-81; ГОСТ 10181-2000; ГОСТ 10060.0-95   нет да да

Сравнивая состав бетонной смеси по прототипу и предлагаемый состав бетонной смеси с добавлением золы уноса и новой композитной составляющей отходов дорожного производства - асфальтобетонного гранулята, себестоимость предлагаемой смеси значительно ниже чем у прототипа при сохранении всех требований ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.

Кроме того, следует отметить что применение такой бетонной смеси требует незначительной энергоемкости, обеспечивается меньшая усадка, увеличивается расстояние между деформационными швами, а главное, сокращается срок строительства.

Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, а так же для устройства верхних и нижних слоев дорожного покрытия и их последующем ремонте. Бетонная смесь включает цемент, активированную золу ТЭЦ, песок, крупный заполнитель и воду. Бетонная смесь дополнительно содержит мелкую фракцию до 3 мм и крупную фракцию от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята, при следующем соотношении компонентов в материале, мас.ч.:

Цемент 356 Зола уноса 89 Песок 561 Крупный заполнитель 685 асфальтобетонный гранулят (мелкий ф. до 3 мм) 50 асфальтобетонный гранулят (крупный ф. 5 мм - 20 мм) 468 Вода 180

Технический результат - повышение прочности и качества бетона. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Бетонная смесь, включающая цемент, активированную золу ТЭЦ, песок, крупный заполнитель и воду, отличающаяся тем, что используют золу уноса, при этом бетонная смесь дополнительно содержит мелкую фракцию до 3 мм и крупную фракцию от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята при следующем соотношении компонентов в материале мас.ч.:
Цемент 356 Зола уноса 89 Песок 561 Крупный заполнитель 685 Асфальтобетонный гранулят (мелкая ф. до 3 мм) 50 Асфальтобетонный гранулят (крупная ф. 5 мм-20 мм) 468 Вода 180

2. Бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что используют золу уноса Братской ТЭЦ следующего состава, мас.%:
Содержание элементов в расчете на оксиды Величина, % Потери при прокаливании He более 5 SiO₂ 45,1-52,7 ТiO₂ 0,3-0,4 Аl₂O₃ 6,5-11,4 Fe₂O₃ 17,2-9,0 CaO 24,5-12,5 MgO 5,2-7,2 SiO₂ 45,1-52,7 K₂O 0,2-0,1 Na₂O 0,5-0,4 SO₃ 3,40-0,56 СаО св He более 10