ВЫСОКОПРОЧНЫЙ САМОУПЛОТНЯЮЩИЙСЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН Российский патент 2023 года по МПК C04B28/04 C04B18/04 C04B14/06 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к сырьевой смеси для приготовления высокопрочного самоуплотняющегося бетона с использованием техногенного материала, для производства тонкостенных пазо-гребневых блоков (лего-блоков) и изделий.

Известен мелкозернистый бетон и способ его приготовления [Патент RU № 2657303 от 13.06.2018, бюллетень 17], включающей портландцемент, кварцевый песок, наполнитель, порошковый гиперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира «Melflux», водоудерживающую добавку, воду, в качестве портландцемента содержит портландцемент бездобавочный с показателем нормальной густоты цементного теста не более 26%, в качестве наполнителя используют микрокальцит с содержанием карбоната кальция не менее 97% с частицами фракции не более 120 мкм - не менее 98%, в том числе фракции менее 20 мкм - не более 7%, в качестве водоудерживающей добавки используют микрокремнезем конденсированный неуплотненный с содержанием аморфного кремнезема не менее 85% и удельной поверхностью 12-25 м/г или метакаолин с содержанием аморфного глинозема не менее 40%, аморфного кремнезема - не менее 50%, аморфизацией структуры алюмосиликата не менее 90% и удельной поверхностью 1,2-2,5 м/г при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент бездобавочный с показателем нормальной густоты цементного теста не более 26% 15,8-23,6, кварцевый песок 35,6-61,4, микрокальцит с содержанием карбоната кальция не менее 97% с частицами фракции не более 120 мкм - не менее 98%, в том числе фракции менее 20 мкм – не более 7% 1,8-27,4 порошковый гиперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира «Melflux» 0,14-0,30 микрокремнезем конденсированный неуплотненный с содержанием аморфного кремнезема не мене 85%, и удельной поверхностью 12-25 м/г или метакаолин с содержанием аморфного глинозема не менее 40%, аморфного кремнезема - не менее 50%, аморфизацией структуры алюмосиликата не менее 90% и удельной поверхностью 1,2-2,5 м/г 0,81-4,20, вода остальное.

Недостатком данного технического решения является недостаточно высокая прочность бетона при сжатии.

Известна бетонная смесь [Патент RU № 2482086 от 20.05.2013 бюллетень 14], включающая цемент, заполнитель, воду и добавку, тонкодисперсный молотый кварцевый песок с содержанием диоксида кремния SiO₂ более 94%, в котором содержание тонкодисперсных частиц со средним диаметром менее 3,9 мкм составляет более 50%, в качестве цемента содержит портландцемент, а в качестве добавки содержит «Петролафс», а в качестве заполнителя - песок речной с модулем крупности 1,9 при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 30,83-33,94, указанный тонкодисперсный молотый кварцевый песок 1,78-3,55, песок речной с модулем крупности 1,9 55,5-56,00, добавка «Петролафс» 0,28-0,42, вода - остальное.

Недостатком данного технического решения является повышенный расход вяжущего при недостаточно высокой прочности бетона при сжатии; необходимость применения средних и крупных песков с модулем крупности 1,9 и более.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является мелкозернистая бетонная смесь [Патент № 2649996 от 06.04.2018 бюллетень 10], включающая цемент (вяжущее), заполнитель, воду и добавку, дополнительно, содержит микрокальцит (наполнитель) с содержанием карбоната кальция СаСО₃ не менее 97%, и микрокремнезем (п. 2 формулы), в качестве цемента содержит портландцемент бездобавочный с активностью 33-41 МПа и с показателем нормальной густоты цементного теста не более 26%, в качестве добавки содержит суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, а в качестве заполнителя - кварцевый песок с модулем крупности не менее 1,4 при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент бездобавочный с активностью 33-41 МПа и с показателем нормальной густоты цементного теста не более 26% 23,7-31,1, кварцевый песок с модулем крупности не менее 1,4 35,6-45,1, микрокальцит с содержанием карбоната кальция СаСО₃ не менее 97% 13,0-27,3, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира 0,24-0,29, минеральную добавку - микрокремнезем конденсированный неуплотненный с содержанием аморфного кремнезема SiO₂ не менее 85% и удельной поверхностью 12-25 м²/г 3,19-5,06, вода – остальное.

Недостатком данного технического решения является большой расход портландцемента при недостаточно высокой прочности бетона при сжатии.

Изобретение направлено на расширение арсенала средств по разработке составов высокопрочных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов с повышенными прочностными характеристиками, высокой плотностью, низким водопоглощением бетона, низкой воздушной усадкой, низким водовяжущим отношением и низким расходом портландцемента. А так же возможностью получения тонкостенных пазо-гребневых блоков (лего-блоков).

Техническим результатом является улучшение реологической эффективности рецептуры за счет применения эффективного поликарбоксилатного гиперпластификатора и увеличения объема цементно-минерального теста, позволяющее увеличить раздвижку зерен заполнителя и повысить текучесть бетонной смеси до показателей самоуплотняющихся, не требующих виброуплотнения; расширение номенклатуры высокопрочных мелкозернистых бетонов с возможностью применения в их составе мелких песков с модулем крупности не более 1,7; утилизация многотоннажных отходов за счет использования в рецептуре лома строительных материалов; Оптимально подобранные химико-минералогический и гранулометрический состав компонентов способствовал достижению еще одного технического результата – получению более плотной упаковки компонентов, снижению пористости структуры материала, снижению воздушной усадки и водопоглощения, а также способствовали быстрому набору прочности при сжатии и повышению прочностных характеристик в раннем и проектном возрасте.

Это достигается тем, что высокопрочный самоуплотняющийся мелкозернистый бетон содержит вяжущее, заполнитель, наполнитель, пластифицирующую добавку, минеральную добавку и воду, при этом в качестве вяжущего используется композиционное вяжущее, включающее портландцемент и тонкомолотый лом тяжелого бетона; в качестве заполнителя – отсев дробления кварцитопесчаника с модулем крупности не более 1,7; в качестве наполнителя – добавка микроармирующая цементный камень; в качестве пластифицирующей добавки – гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU», в качестве минеральной добавки используется микрокремнезем CENTRILIT FUME S, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

композиционное вяжущее в соотношении его составляющих компонентов, мас. %: портландцемент – 23,82-29,8, тонкомолотый лом тяжелого бетона – 10,2-13,06; отсев дробления кварцитопесчаника – 44,21; добавка микроармирующая цементный камень – 4,46-8,84; микрокремнезем CENTRILIT FUME S – 2,69; гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU» – 1,34; вода – остальное.

Характеристики компонентов высокопрочного самоуплотняющегося мелкозернистого бетона.

• Композиционное вяжущее полученное из:

→ портландцемент, например ЦЕМ II/А-П 42,5Н СС, производства ОАО «ВБЦЗ» (г. Новороссийск, п. Верхнебаканский), (ГОСТ 31108-2020);

→ тонкомолотый лом тяжелого бетона, сырьем которого являются брак или обломки блоков полученных из тяжелого бетона, например СКЦт-1Р100 завода ЖБК-1 г. Белгород (ГОСТ Р 56592-2015);

• добавка микроармирующая цементный камень – представляет собой двух компонентную систему с частицами различных размеров (длинна волокон 0,05-0,444 мм) и форм, полученную путем механической обработки в шаровой мельнице кварцевого песка и стеклянных волокон в соотношении 2:1 соответственно в течение 12 минут;

• гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU» производства MC-Bauchemie (Боттроп, Германия), добавка представляет собой модифицированный водный раствор поликарбоксилатных эфиров и модификаторов (ТУ 20.59.57-069-51552155-2018);

• микрокремнезем CENTRILIT FUME S – производства MC-Bauchemie (Боттроп, Германия), добавка представляет собой водную суспензию микрокремнезема и аэросила с оптимальным распределением размеров частиц (ТУ 5745-206-51552155-2014);

• отсев дробления кварцитопесчаника Лебединского ГОКа, с модулем крупности не более 1,7 (ГОСТ 8736-2014);

• вода (ГОСТ 23732-2011).

Отличием предлагаемого решения от прототипа является вид и количество используемого вяжущего, заполнителя, наполнителя, пластификатора и минеральной добавки.

Комплексное применение всех сырьевых компонентов в разработанной сырьевой смеси способствует формированию высокоорганизованной структуры и созданию высокоплотной упаковки бетона, что позволило добиться высоких физико-механических показателей.

Было изготовлено несколько составов предлагаемого высокопрочного самоуплотняющегося мелкозернистого бетона.

Пример исполнения изобретения показан на составе № 3 представленном в таблице 1.

Смесь готовили в несколько этапов.

1. Получали композиционное вяжущее совместным помолом предварительно измельченного в щековой дробилке и просеянного через сито 1,25 лома тяжелого бетона 25,52 кг (11,7 %) и портландцемента ЦЕМ II/А-П 42,5Н СС 58,25 кг (26,7%) в вибрационной мельнице до порошкообразного состояния, до удельной поверхностью Sуд = 500 м²/кг.

2. К полученному композиционному вяжущему вводили добавку, микроармирующую цементный камень 9,73 кг (4,46%) и перемешивали 1 минуту.

3. Далее добавили микрокремнезем 5,87 кг (2,69%), и воду 19,42 кг (8,9%) (В/В = 0,2) с предварительно растворенным в нем гиперпластификатором «MC-PowerFlow 3100 RU» 2,92 кг (1,34%), и перемешивали в бетоносмесителе 2 минуты, до получения самоуплотняющейся цементной смеси.

4. К полученной смеси в бетоносмеситель добавляли мелкий заполнитель, отсев дробления кварцитопесчаника 96,44 кг (44,21%) и перемешивали все в течение 4 минут до получения однородной бетонной смеси.

Формовали образцы-балочки для определения физико-механических свойств бетона. Образцы в формах выдерживали в течение 24 часов, после чего производили распалубку, и помещали образцы в камеру нормального твердения с температурой 20±2°С и относительной влажностью воздуха 95±5% на 28 суток. По истечении нормативного срока образцы испытывали на прочность при изгибе и сжатии ГОСТ 310.4-81, а так же определяли водопоглощение по ГОСТ 12730.3-78 и воздушную усадку согласно ГОСТ 24544-81. Составы образцов и результаты их испытаний и представлены в таблице 1.

Таблица 1

Состав и свойства высокопрочного самоуплотняющегося бетона на основе композиционного вяжущего

При увеличении расхода портландцемента выше 29,8% и впоследствии снижению доли тонкомолотого боя тяжелого бетона ниже 10,2%, приводит к увеличению водовяжущего соотношения и воздушной усадки, снижению плотности и прочностных характеристик бетона, поэтому увеличение расхода портландцемента считаем не целесообразным. При снижении расхода портландцемента меньше 23,82% и впоследствии увеличении доли тонкомолотого боя тяжелого бетонного лома больше 13,06% приводит к снижению прочностных показателей бетона, что так же является не целесообразным.

Образцы показали высокие результаты по прочности (класс по прочности В90-В120), низкие воздушную усадку и водопоглощение, поэтому все составы являются оптимальными для производства высокопрочного самоуплотняющегося мелкозернистого бетона, а так же для получения тонкостенных пазо-гребневых блоков (лего-блоков).

Полученный высокопрочный самоуплотняющийся мелкозернистый бетон с использованием техногенного материала удовлетворяет всем поставленным задачам. Получен самоуплотняющийся высокопрочный мелкозернистый бетон с высокой прочностью на сжатие в возрасте 28 суток – 153-121 МПа (прототип 99,3-110,3 МПа); с высокой прочностью при изгибе в возрасте 28 суток 9,7-13,3 МПа (прототип 9,2-10,5 МПа); с высокой плотностью – 2407-2453 кг/м³ (прототип 2350-2438 кг/м³), низкой воздушной усадкой -0,08 - -0,12 мм/м; низким водопоглощением 3,0-1,9%.

Одним из преимуществ полученного бетона является применение техногенного материала, что сокращает расход природных ресурсов и выполняет важную современную задачу – преобразование строительных отходов в качественные строительные материалы, а так же способность смеси к самоуплотнению, что расширяет сферу применения полученной смеси.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к сырьевой смеси для приготовления высокопрочного самоуплотняющегося бетона с использованием техногенного материала, для производства тонкостенных пазо-гребневых блоков (лего-блоков) и изделий. Технический результат заключается в расширении арсенала средств по разработке составов высокопрочных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов с повышенными прочностными характеристиками, высокой плотностью, низким водопоглощением бетона, низкой воздушной усадкой, низким водовяжущим отношением и низким расходом портландцемента. Высокопрочный самоуплотняющийся мелкозернистый бетон включает, мас.%: портландцемент - 23,82-29,8, тонкомолотый лом тяжелого бетона - 10,2-13,06; добавка микроармирующая цементный камень - 4,46-8,84; микрокремнезем CENTRILIT FUME S - 2,69; отсев дробления кварцитопесчаника - 44,21; гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU» - 1,34; вода - остальное. 1 табл.

Высокопрочный самоуплотняющийся мелкозернистый бетон, включающий вяжущее, заполнитель, наполнитель, активную минеральную добавку, пластифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве вяжущего композиционное вяжущее, состоящее из портландцемента и тонкомолотого лома тяжелого бетона, в качестве заполнителя – отсев дробления кварцитопесчаника с модулем крупности не более 1,7, в качестве наполнителя добавку микроармирующую цементный камень, в качестве активной минеральной добавки использовалась суспензия микрокремнезема CENTRILIT FUME S, в качестве пластифицирующей добавки – гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU», и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 23,82-29,8 Тонкомолотый лом тяжелого бетона 10,2-13,06 Добавка микроармирующая цементный камень 4,46-8,84 Микрокремнезем CENTRILIT FUME S 2,69 Отсев дробления кварцитопесчаника 44,21 Гиперпластификатор «MC-PowerFlow 3100 RU» 1,34 Вода остальное