Высокопрочная бетонная смесь с низким расходом цемента Российский патент 2022 года по МПК C04B28/04 C04B14/06 C04B18/14 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к модифицированным низкоцементным высокопрочным бетонным смесям для изготовления строительных конструкций зданий и сооружений.

Известна бетонная смесь, раскрытая в пат. RU 2631741 С1, включающая многокомпонентное минеральное вяжущее, щебень из отвального доменного шлака фракции 5-20 мм, кварцевый песок и воду, где многокомпонентное минеральное вяжущее состоит из, мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4200 см²/г гранулированного доменного шлака 60-70, молотого до удельной поверхности не менее 4200 см²/г конвертерного шлака 7-9, β-полугидрата сульфата кальция из фосфогипса, просеянного через контрольное сито №008-23-31, клинкера - 10 от суммы вышеуказанных компонентов и дополнительно содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:

многокомпонентное минеральное вяжущее 13,2-13,8

щебень из отвального доменного шлака фракции 5-20 мм - 47,1-47,8

песок кварцевый - 31,2-32,8

суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира - 0,11-0,12

вода - остальное

Недостатками известного способа являются: необходимые дополнительные технологические операции подготовки шлаков, а также операции дозирования и смешения компонентов при приготовлении многокомпонентного вяжущего.

Известен высокопрочный бетон, раскрытый в пат. RU 2717399 С1, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, где в качестве песка используется песок с модулем крупности 2,4; в качестве щебня - щебень фракции 10-20 мм, дополнительно содержит тонкомолотый доменный шлак с удельной поверхностью 330 м²/кг; в качестве добавки содержит комплексную добавку, состоящую из водного раствора поликарбоксилатного полимера CP-WRM, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты с плотностью р=1,033 г/см³, водородным показателем рН=6,5, и поликарбоксилатного полимера Sika Viscocrete 225 на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:

указанный поликарбоксилатный полимер CP-WRM 96,0-97,0

указанный поликарбоксилатный полимер Sika Viscocrete 225 3,0-4,0,

при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцемент 15,8-18,2

указанный песок 27,0-27,4

указанный щебень 40,4-41,5

указанный тонкомолотый доменный шлак 8,0-8,3

указанная комплексная добавка 0,2-0,3

вода 6,2-6,7

Недостатками известного способа являются: относительно высокий расход портландцемента до 18,2%, а также необходимость в дополнительных технологических операциях дозирования и смешения при приготовлении комплексной добавки.

Известен сверхвысокопрочный бетон с низким содержанием цемента, раскрытый в патенте WO 2015193420 А1, состоящий из гидравлического вяжущего и песка в соотношении не менее 45% и не менее 30% соответственно, остальное вода. При этом гидравлическое вяжущее состоит из:

портландцемента, частицы которого имеют D50 от 2 до 11 мкм - 17-55 мас. %;

микрокремнезема не менее 5%;

минеральной добавки в виде шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, известняк или их сочетание от 36 до 70 мас. %, частицы которых имеют D50 от 15 до 150 мкм

Недостатками известного способа являются: жесткие требования к фракционному составу сыпучих минеральных веществ, входящих в состав бетонной смеси, сниженная текучесть и высокая доля общего содержания цемента, до ~ 22%.

Известен высокопрочный бетон, раскрытый в патенте RU 2727990 С1 состоящий из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, где в качестве песка - песок с модулем крупности 2,2-3,2, в качестве щебня - щебень гранитный или гравийный фракции 3-25 мм, дополнительно содержит доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м2/кг и значением водородного показателя рН=7-13, а также содержит реакционно-активный наполнитель, состоящий из метакаолина, тонкодисперсного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты и нитрата калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

метакаолин 43,0-49,0

тонкодисперсный полимер 43,0-47,0

нитрат калия 8,0-10,0,

при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:

портландцемент 8,0-15,0

доменный шлак 3,0-6,0

песок 33,9-36,0

щебень 40,0-46,0

добавка 0,6-1,0

реакционно-активный наполнитель 0,5-0,8

вода 2,0-5,0

Недостатками известного способа являются: необходимость в дополнительных технологических операциях дозирования и смешения при приготовлении реакционно-активного наполнителя и относительно высокий расход портландцемента.

Наиболее близкой к предложенной бетонной смеси является бетонная смесь раскрытая в патенте RU 2402502 С9. Бетонная смесь включает цемент, заполнитель, модификатор и воду. Дополнительно содержит полигидросилоксан и молотую породу. В качестве цемента используют портландцемент, в качестве модификатора - микрокремнезем и/или золу уноса и пластифицирующую добавку либо микрокремнезем и/или расширяющий компонент и пластифицирующую добавку, а в качестве молотой породы - измельченный кварцевый песок, или молотый известняк, или молотую вулканическую породу при следующем соотношении компонентов в масс. %: цемент 7-20; заполнитель 60-85; модификатор 0,01-5,50; полиэтилгидросилоксан 0,002-0,010; молотая порода 2-15; вода -остальное. Молотая порода имеет размер частиц не более 1300 мкм.

Недостатком известного способа является: относительно высокое содержание цемента, до 20%.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка бетонной смеси, с высокими показателями прочности на сжатие (не менее 46 МПа по ГОСТ 10180), низкой пористостью (не более 1,7% по ГОСТ 12730.0), при изготовлении которой все компоненты смешиваются в одну стадию и при этом общее содержание цемента в смеси должно находиться в пределах 2,1-4,2 масс %.

Технический результат настоящего изобретения достигается за счет подбора компонентов для обеспечения минимальной пористости бетонной смеси, которая не должна превышать 1,7%. Такая пористость бетонной смеси достигается за счет использования следующих соотношений компонентов, указанных в кг. для приготовления одного м³ бетонной смеси:

1. Цемент М500 по ГОСТ 31108-2003. «Цементы общестроительные» с удельной поверхностью 2800-4500 см²/г - 50-100 кг (2,1-4,2 масс %);

2. Щебень ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ - остальное;

3. Песок кварцевый ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ - 700-900 кг (29,4-37,8 масс %);

4. Гранулированный доменный шлак 1 или 2 сорта по ГОСТ 3476-74, содержащий не менее 30% СаО и размолотый до удельной поверхности 2500-4500 см²/гр, - 350-400 кг (14,7-16,8 масс %);

5. Микрокремнезем по ГОСТ Р 58894-2020, с удельной поверхностью 140 000 - 300 000 см²/гр - 30-60 кг (1,3-2,5 масс %);

6. Анионный ПАВ на основе поликарбоксилатов - 8-15 кг (0,34-0,63 масс %);

7. Вода - 160-180 кг (масс %).

По своим техническим характеристикам разработанная бетонная смесь, при наборе прочности за 28 суток, соответствует маркам М450 - М600 согласно ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия».

Бетонная смесь, раскрытая в заявляемом техническом решении, имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами:

- низкое содержание цемента 2,1-4,2 масс %;

- одностадийное смешение компонентов;

- низкая пористость бетонной смеси до 1,7%;

- высокая подвижность.

Сравнительный анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Изобретение и его преимущества относительно прототипа иллюстрируются следующим примером:

Пример.

Характеристики и разработанной бетонной смеси и сравнение с ближайшим аналогом приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, в сравнении с ближайшим аналогом, разработанная бетонная смесь имеет следующие преимущества:

- большая прочность при меньшем содержании цемента;

- большая подвижность бетонной смеси в целом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к модифицированным бетонным смесям. Технический результат заключается в повышении прочности на сжатие, снижении пористости. Бетонная смесь включает цемент с удельной поверхностью 2800-4500 см²/г, кварцевый песок, крупный заполнитель, дополнительно содержит молотый доменный шлак с удельной поверхностью 2500-4500 см²/г с содержанием СаО не менее 30%, микрокремнезем с удельной поверхностью 140000 - 300 000 см²/г, пластификатор на основе карбоксилатов, при следующем соотношении компонентов, указанных в мас.%: цемент - 2,1-4,2; песок - 29,4-37,8; молотый шлак - 14,7-16,8; микрокремнезем - 1,3-2,5; пластификатор на основе карбоксилатов - 0,34-0,63; вода - 6,7-7,6; крупный заполнитель - щебень - остальное. 1 табл.

Бетонная смесь, включающая цемент с удельной поверхностью 2800-4500 см²/г, кварцевый песок, крупный заполнитель, дополнительно содержит молотый доменный шлак с удельной поверхностью 2500-4500 см²/г с содержанием СаО не менее 30%, микрокремнезем с удельной поверхностью 140000-300000 см²/г, пластификатор на основе карбоксилатов, при следующем соотношении компонентов, указанных в мас.%:

цемент 2,1-4,2 песок 29,4-37,8 молотый шлак 14,7-16,8 микрокремнезем 1,3-2,5 пластификатор на основе карбоксилатов 0,34-0,63 вода 6,7-7,6 крупный заполнитель – щебень остальное