КОМПЛЕКСНАЯ РАСШИРЯЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ САМОУПЛОТНЯЮЩЕЙСЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2020 года по МПК C04B28/02 C04B7/00 C04B18/14 C04B18/08 C04B18/12 C04B103/32 C04B103/60 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к производству самоуплотняющихся напрягающих бетонных смесей, применяемых для производства водонепроницаемых конструкций, в том числе густоармированных, сложной геометрической формы и конструкций большой протяженности.

Известны составы напрягающих бетонов, в которых расширяющаяся добавка содержит отработанный катализатор очистки природного газа и попутных газов нефти и камня гипсового /1/.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является расширяющая добавка, включающая глиноземистые шлаки, камень гипсовый, доменный гранулированный шлак и отход мокрого обогащения железной руды /2/.

Недостатком известных решений является требование больших расходов вяжущего и пластификатора для получения высокоподвижных смесей и невозможность получения самоуплотняющихся бетонных смесей заданного состава.

Техническая задача заключается в получении расширяющей добавки, обеспечивающей заданные свойства самоуплотняющегося бетона при возведении водонепроницаемых конструкций, густоармированных, сложной геометрической формы, и конструкций большой протяженности без дополнительной гидроизоляции.

Техническая задача решается таким образом, что комплексная расширяющая добавка для самоуплотняющейся бетонной смеси, включающая доменный гранулированный и высокоглиноземистый шлаки, отход мокрого обогащения железной руды и камень гипсовый, согласно изобретению, дополнительно содержит тонкомолотый минеральный компонент с удельной поверхностью не менее 6000 см²/г, микрокремнезем ипорошковый суперпластификатор на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата Melflux 5581F, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- доменный гранулированный шлак - 17-30;

- высокоглиноземистый шлак - 2-8;

- камень гипсовый - 4-10;

- микрокремнезем - 0-1,7;

- отход мокрого обогащения железной руды - 0,5-1,6;

- тонкомолотый компонент - 55-67;

- суперпластификатор Melflux 5581F - 1-4.

При этом комплексная добавка в качестве тонкомолотого минерального компонента может содержать порошок минеральный или мраморную муку, или золу-унос, а в качестве указанного суперпластификатора может содержать Melflux 5581F.

Предлагаемый состав комплексной добавки, отличается от известной тем, что дополнительно содержит тонкомолотый минеральный компонент, микрокремнезем и порошковый суперпластификатор на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата, например Melflux 5581F, при указанном соотношении компонентов.

Модифицированная комплексная расширяющая добавка для самоуплотняющейся бетонной смеси позволит сократить расход цемента и компенсировать усадочные деформации бетона.

В качестве тонкомолотого минерального компонента с удельной поверхностью не менее 6000 см²/г. используется порошок минеральный МП-1 по ГОСТ Р 52129-2009 «Порошок минеральный для асфальтобетонных органоминеральных смесей. Технические условия», мраморная мука по ТУ 5729-002-5633945-2005, зола-унос по ГОСТ 25818-2017 «Зола-унос тепловых электростанций для бетонов. Технические условия» и микрокремнезем по ТУ 5743-048-0245332 «Микрокремнезем конденсированный. Технические условия».

В качестве доменного гранулированного шлака - ГОСТ 3476-74 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов» - отход металлургической промышленности, побочный продукт, образующийся при производстве чугуна.

Химический состав доменных гранулированных шлаков представлен двухкальциевым силикатом, геленитом, диопсидом и др.

Высокоглиноземистый шлак - ТУ 14-11-137-81 «Шлак высокоглиноземистый для производства глиноземистого цемента», представляет собой высокоглиноземистый доменный шлак, состоящий из однокальциевого и двухкальциевого алюмината, майенита и геленита и имеет следующий химический состав основных окислов, мас. %: SiO₂ 9,80; Al₂O₃ 39,50; СаО 39,52; SO₃ 2,40.

Камень гипсовый - ГОСТ 4013-82 «Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия». Камень гипсовый - порода осадочного происхождения, состоящая в основном из минерала CaSO4⋅2H2O. В качестве примесей входят минералы: доломит, ангидрид, гидрооксиды железа, сера, кварцит и др.

Отход мокрого обогащения железной руды - это песок фабрики мокрого обогащения железной руды, состоящий из кварца, кальцита, полевого шпата, слюды магнезита, роговой обманки и других минералов и имеющий следующий химический состав, мас. %: п.п.п. 4,14; SiO₂ 56,3; Al₂O₃ 14,9; FeO 5,82; Fe₂O₃ 12,5; MnO 0,49; СаО 20,64; MgO 3,7; SO₃ 9,58. Гранулометрический состав - частные остатки в %% на ситах с размером ячейки, мм: 2,5-0; 2-1,6; 1,25-1,0; 0,63-16,0; 0,315-19,2; 0,09-30,5; <0,09-32,7.

Для улучшения удобоукладываемости самоуплотняющейся бетонной смеси, увеличения однородности и связности смеси, а также увеличения плотности вводится дополнительно тонкомолотый минеральный компонент.

В качестве тонкомолотого компонента используют минеральный тонкомолотый порошок МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия», полученный из осадочных (карбонатных) горных пород, содержащий полуторных окислов (Al₂O₃+Fe₂O₃) до 7%, активных СаО + MgO - не более 3%, водорастворимых соединений - не более 6%.

Зерновой состав порошка в % по массе:

мельче 1,25 мм - не менее 100%;

-"- 0,315 мм - не менее 90%;

-"- 0,071 мм - от 70 до 80%.

Мраморная мука - мрамор молотый, карбонат кальция - микрокальцит по ТУ 5716-002-05494314-2010 «Мраморная мука белая (микрокальцит). Технические условия», в состав самоуплотняющейся смеси вводят для увеличения вязкости, однородности, удобоукладываемости, уменьшения пористости.

Для повышения плотности смеси, улучшения удобоукладываемости, повышения однородности в состав смеси в качестве тонкомолотого минерального компонента вводят золу-уноса с размером зерен до 0,14 мм по ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». Зола должна содержать оксид кремния SiO₂ не менее 50%. Зола-уноса - тонкомолотый материал, образующийся при сжигании антрацитового каменного угля с содержанием оксида кальция (СаО) до 10% по массе.

Для увеличения плотности и прочности самоуплотняющейся смеси дополнительно вводится микрокремнезем - ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки технологических печей при производстве кремния и ферросилиция, состоящий более чем из 90% диоксида кремния SiO₂.

Таким образом, почти все минеральные составляющие комплексной расширяющей добавки представляют собой отходы производств.

Дополнительно в состав добавки для улучшения ее реологических характеристик вводится суперпластификатор Meleflux 5581F - сыпучий порошок, получаемый путем распыления при сушке из раствора на основе модифицированного эфира поликарбонатных кислот.

Все вышеперечисленные материалы высушиваются до остаточной влажности 1-2%, дозируются с точностью до +1 г и смешиваются в смесительном барабане в течение 7÷10 минут.

Для определения реологических и физико-технических характеристик самоуплотняющейся бетонной смеси и бетона с использованием предлагаемой комплексной расширяющейся добавки приготавливались опытные образцы бетонной смеси и бетона с расходом вяжущего 270 кг/м³, 300 кг/м³ и 350 кг/м³.

Для каждой серии испытаний изготавливались бетонные смеси с комплексной расширяющей добавкой и без (для сравнения). Количество комплексной добавки варьировалось от 9 до 15% по массе. В качестве вяжущего использовался портландцемент М500ДО (ГОСТ 10178) ООО «Хайдельберг Цемент Рус». Крупный заполнитель - гранитный щебень фракции 5÷10 мм по ГОСТ 8267, (Республика Коми, месторождение «Лупикко-2»). Марка щебня по дробимости - 1200.

В качестве мелкого заполнителя использовались кварцевые пески фракции от 0,125 до 5 мм по ГОСТ 51641-200, ГОСТ 8735 (модель крупности от 0,94 до 2,7).

Все компоненты бетонной смеси взвешивались с точностью ±1 г и загружались в лабораторный смеситель THBFUZ. Время перемешивания смеси - 5-10 минут. Реологические характеристики бетонной смеси определяли в соответствии с ГОСТ Р 57345-2016 «Бетон. Общие технические условия» и EN 12350-8-12 - класс удобоукладываемости по расплыву SF и вязкости t₅₀₀ (VS1 и VS2).

EN 12350.8-2016. «Бетонная смесь свежеприготовленная. Часть 8. Испытание бетонной смеси на расплыв при осадке конуса.»

EN 12350.10-2010. «Бетонная смесь свежеприготовленная. Испытание. Часть 10. Самоуплотняющаяся бетонная смесь. Испытание на L-образном коробе.»

EN 12350.9-2010. «Бетонная смесь свежеприготовленная. Испытание. Часть 9. Самоуплотняющаяся бетонная смесь. Испытание воронкой.»

EN 12350.12-2010. «Бетонная смесь свежеприготовленная. Испытание. Часть 12. «Самоуплотняющаяся бетонная смесь. Испытание с применением блокирующего кольца».

ISO/DIS 1920-13. «Испытание бетона. Часть 13. Свойства самоуплотняющихся бетонных смесей.»

Составы комплексной расширяющей добавки и исследуемых бетонных смесей представлены в таблице 1 и 2.

В таблице 3 представлены результаты испытаний реологических характеристик самоуплотняющейся бетонной смеси и физико-технические показатели самоуплотняющихся бетонов.

Как видно из представленных в таблицах данных, введение комплексной расширяющей добавки позволяет получать самоуплотняющуюся бетонную смесь с повышенными реологическими и физико-техническими показателями. Такая смесь может быть использована для возведения водонепроницаемых конструкций сложной геометрической формы, густоармированных конструкций и монолитных конструкций большой протяженности.

Источники информации

1. Патент РФ №2149844, кл. С04В 7/00, публ. 27.05.2000.

2. Патент РФ №2049081, кл. С04В 7/00, публ. 27.11.1995 /прототип/.

Изобретение направлено на получение самоуплотняющихся напрягающих смесей, применяемых для производства водонепроницаемых конструкций, в том числе густоармированных, сложной геометрической формы и конструкций большой протяженности. Комплексная расширяющая добавка для самоуплотняющейся бетонной смеси имеет следующий состав, мас. %: доменный гранулированный шлак - 17-30; глиноземистый шлак - 2-8; гипс - 4-10; микрокремнезем - 0-1,7; отход мокрого обогащения железной руды - 0,5-1,6; тонкомолотый минеральный компонент с удельной поверхностью не менее 6000 см²/г - 55-67; суперпластификатор на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата - 1-4. Технический результат - получение самоуплотняющегося бетона с улучшенными физико-механическими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Комплексная расширяющая добавка для самоуплотняющейся бетонной смеси, включающая доменный гранулированный и высокоглиноземистый шлаки, отход мокрого обогащения железной руды и камень гипсовый, отличающаяся тем, что дополнительно содержит тонкомолотый минеральный компонент с удельной поверхностью не менее 6000 см²/г, микрокремнезем, порошковый суперпластификатор Melflux 5581F на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- доменный гранулированный шлак - 17-30;

- высокоглиноземистый шлак - 2-8;

- камень гипсовый - 4-10;

- микрокремнезем - 0-1,7;

- отход мокрого обогащения железной руды - песок - 0,5-1,6;

-тонкомолотый минеральный компонент - 55-67;

- суперпластификатор Melflux 5581F - 1-4.

2. Комплексная добавка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве тонкомолотого минерального компонента содержит минеральный порошок МП-1 или мраморную муку или золу-унос.