Патент на изобретение №2361848

(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к приготовлению бетонных смесей для монолитных изделий и сборного железобетона с использованием механически активированной цементной пульпы раствора. Способ включает механохимическую активацию воды затворения с добавкой нитратнитритно-щелочной воды в течение 1 мин, механохимическую активацию цемента, содержащего 60-70% предварительно активированной воды затворения, в смесителе в течение 1,5-2 мин и последующее перемешивание в смесителе с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения в течение 2 мин. В качестве мелкого заполнителя используют мытый крупнозернистый песок. Механоактивация воды затворения и используемой добавки производится в механохимическом активаторе при 1100 об/мин. Технический результат изобретения – снижение расхода портландцемента и увеличение прочности на сжатие и растяжение. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к приготовлению бетонных смесей для монолитных изделий и сборного железобетона с использованием механически активированной цементной пульпы для строительных конструкций из монолитного бетона и изготовления сборного железобетона.

Известен способ приготовления бетонной смеси /1/, согласно которому в смесителях принудительного или гравитационного действия осуществляют двухстадийное перемешивание компонентов, включающее предварительное перемешивание песка и щебня с 40-60% воды затворения в течение 3-4 мин и добавки 40-45% раствора пластификатора в количестве 5-9% от массы цемента, последующее добавление цемента и дополнительное перемешивание с введением оставшейся части воды затворения (Патент РФ 2028279, С04В 28/04, С04В 40/00. БИ 4, 1995 г.).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает необходимой удобоукладываемости бетонной смеси и требуемой прочности на сжатие и раскалывание, а также требует завышенного расхода цемента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ /2/, включающий предварительное перемешивание заполнителей с частью воды затворения и добавкой, с последующим введением цемента и остальной части воды затворения. Предварительное перемешивание осуществляют в течение 2-2,5 мин с заполнителями с 70-80% воды затворения, в качестве добавки используют 2-5% от массы цемента нитратнитритную щелочную воду, а дополнительное перемешивание всех компонентов осуществляют в течение 1 мин.

Недостатком данного способа является то, что он требует существенных материальных затрат на предварительное обследование и подготовку золошлаковых отходов. Это задерживает практическую реализацию изобретения (Патент РФ 2158719, С04В 40/00, С04В 22/08. БИ 31, 2000 г.).

Техническим результатом, достигнутым настоящим изобретением, является снижение расхода портландцемента, повышение удобоукладываемости и увеличение прочности на сжатие и растяжение.

Данный технический результат достигается тем, что в способе, включающем механическую активацию воды затворения с добавкой нитратно-щелочной воды в течение одной минуты и механическую активацию цемента с 60-70% механически активированной водой затворения в бетоносмесителях в течение 2 минут, с последующим перемешиванием с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения в течение 1,5-2 минут.

Прочность бетона на растяжение повышается за счет увеличения сцепления цементного камня с поверхностью частиц песка и щебня. Это объясняется тем, что цементные зерна, подчиняясь законам молекулярного притяжения, стремятся объединиться в более крупные частицы. Распределение воды внутри таких частиц и между ними отличается большой неравномерностью. Повышение равномерности распределения воды в цементе и разъединение слипшихся частиц в процессе механической активации приводит к образованию более однородной коагуляционной структуры, обеспечивающей улучшение технологических свойств бетонной смеси и более высокое качество затвердевшего бетона.

По предложенному способу смесь готовится в три стадии. На первой стадии проводится механохимическая активация (1100 об/мин) воды затворения с добавкой нитратнитрино-щелочной воды в количестве 1-2% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки в течение одной минуты. На второй стадии загружается портландцемент марки М 500 (240 кг/м³) с частью воды затворения (от 60% до 70% от общего ее расхода воды 150 кг/м³) и проводится механохимическая активация водоцементного раствора в течение 1,5-2 мин. На третьей стадии в смеситель загружается щебень 1300 кг/м³, песок 692 кг/м³ и оставшаяся часть воды затворения. Перемешивается в течение двух минут.

Предложенный способ апробировался в условиях стройлаборатории (Аттестат об аккредитации 05.18.2067 от 20.10.2006 г.). В качестве вяжущего ингредиента использовался портландцемент марки ПЦ 500 Д 20 Б Новороссийского цементного завода «Пролетарий». В качестве крупного заполнителя использовался щебень фракции 5-20 мм с насыпной плотностью , равной 1465 кг/м³, испытания которого проводились в соответствии с ГОСТ 8269.0-97 (Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний). Мелким заполнителем служит крупнозернистый песок Краснодарского месторождения с модулем крупности Мкр-2.6 и насыпной плотностью , равной 1730 кг/м³. Испытания песка проводились согласно ГОСТ 8735-88 (Песок для строительных работ. Методы испытаний). Для затворения бетонной смеси используется водопроводная вода (ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. Технические условия). В качестве добавки применяется нитратнитритно-щелочной отход катализаторного производства Новочеркасского завода синтетических продуктов, содержащий массу в процентном соотношении: 25% нитрата натрия (NaNO₃), 9% нитрита натрия (NaNO₂) и 6% едкого натра (NaOH), остальные 60% – вода.

Для определения прочности на растяжение проводились испытания опытных образцов кубов с ребром 100 мм в возрасте 28 суток нормального твердения методом раскалывания в положении «на ребро» по ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Для получения сравнительных данных бетонная смесь готовится обычным двухстадийным способом согласно патенту |2|, а также по предложенному способу.

В изобретении исследуют три опытных варианта образцов бетонной смеси (способ 1, 2 и 3).

В качестве исходного принимаем состав 1 тяжелого бетона класса В-15 с расходом материалов в кг/м³: цемент (марки М-500) – 300, песок с Мкр-2,6 – 813, щебень фракции 5-20 мм – 1216; вода – 210. Механохимическая активация не проводилась. Осадка конуса составляет 12 см, В/Ц (водоцементное отношение) – 0,7.

В отличие от исходного состава, во втором варианте (состав 2), количество цемента уменьшено на 20%. Расход материалов для получения бетона класса В-15, в кг/м³, был принят следующий: цемент – 240, песок с фракцией Мкр-2,6 – 692, щебень фракции 5-20 мм – 1300; вода – 160. Добавка нитратнитритно-щелочной воды в количестве 5% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки. Механохимическая активация проводилась при 900 об/мин в механохимическом активаторе (марки М-500). Осадка конуса – 14 см, В/Ц – 0,66.

Предложенный состав 3 тяжелого бетона класса В-15 предусматривает следующий расход материалов в кг/м³: цемент – 240, песок с Мкр-2,6 – 692, щебень фракции 5-20 мм – 1300; вода – 150. Добавка нитратнитритно-щелочной воды в количестве 2% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки. Механохимическую активацию проводили при 1100 об/мин в механохимическом активаторе. Осадка конуса – 15 см, В/Ц – 0,63.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Проведенные испытания позволяют установить, что приготовление бетонной смеси по предложенному способу, заключающемуся в механохимической активации воды затворения с добавкой нитратнитритно-щелочной воды в количестве 1-2% от массы цемента в течение 1 мин, механохимической активации цементной пульпы, содержащей 60-70% предварительно активированной воды затворения в течение 1,5-2 мин, и последующим перемешиванием в смесителе с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения в течение двух минут, позволяет снизить количество цемента на 20%, повысить удобоукладываемость и прочность на сжатие и растяжение.

Таблица 1 – Результаты испытаний пробных кубов
п/п	Режим хранения	Осадка конуса, см	Объемная масса, г·см3	Результаты испытаний в возрасте 28 сут
предел прочности на сжатие, МПа/%	предел прочности на растяжение, МПа/%
Состав 1 (одностадийный без добавки)
1	Паропрогрев в ямной камере на полигоне	12	2500	22,85	4,13
2	2460	23,35	4,11
3	2510	22,37	4,12
Среднее значение:	2490,0	22,86/100	4,12/100
Состав 2 (подготовка воды затворения и цементно-песчаной смеси при 900 об/мин с 5% добавкой ННЩВ)
1	Паропрогрев в ямной камере на полигоне	14	2430	29,81	6,86
2	2500	30,80	6,37
3	2520	30,02	6,69
Среднее значение:	2483,3	30,21/132	6,64/161
Состав 3 (подготовка воды затворения и цементно-песчанной смеси при 1100 об/мин с 2% добавкой ННЩВ)
1	Паропрогрев в ямной камере на полигоне	15	2450	31,45	7,45
2	2470	32,78	7,61
3	2420	33,10	7,52
Среднее значение:	2446,7	32,44/142	7,53/183

Формула изобретения

1. Способ приготовления бетонной смеси, включающий механохимическую активацию воды затворения с добавкой, механохимическую активацию цементной пульпы и последующее перемешивание в смесителе с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения, отличающийся тем, что предварительная механохимическая активация воды затворения производится с добавкой нитратнитритно-щелочной воды в течение 1 мин, затем механохимическое активирование цемента с 60-70% предварительно активированной водой затворения в течение 1,5-2 мин, а окончательное перемешивание всех компонентов с оставшейся частью активированной воды затворения осуществляют в течение 2 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мелкого заполнителя используют мытый крупнозернистый песок Мкр – 2,6.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что механохимическая активация воды затворения и используемой добавки производится в механохимическом активаторе при 1100 об/мин.