Патент на изобретение №2210552

(54) БЕТОННАЯ СМЕСЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к составам бетонных смесей для изготовления высококачественных железобетонных изделий подземного и гидротехнического строительства. Технический результат: интенсификация набора бетоном прочности в раннем возрасте и снижение себестоимости изготовления бетона при сохранении высокой марки по водонепроницаемости. Бетонная смесь для изготовления высококачественных бетонов при производстве железобетонных изделий для подземного тоннелестроения и гидротехнических сооружений включает в качестве вяжущего низкоалюминатный бездобавочный портландцемент М500, гранитный щебень фракции 5-10 мм и 10-20 мм, песок, суперпластификатор С-3, минеральный компонент и воду, причем указанный портландцемент содержит трехкальциевый алюминат – С₃А в количестве 4-7 мас. % от вяжущего, в качестве песка используют речной песок с модулем крупности 2-3, а в качестве минерального компонента – герметик ” Акватрон-6″, причем соотношение его, трехкальциевого алюмината – С₃А в портландцементе к содержанию С-3 и к герметику “Акватрон-6” определяется формулой С₃А: С-3: “Акватрон-6″= 10: 1: 10 при следующем соотношении компонентов бетонной смеси, мас.%: портландцемент М500 17,97-18,23, гранитный щебень фракции 5-10 мм 14,24-15,25, гранитный щебень фракции 10-20 мм 29,79-31,00, речной песок 28,69-30,49, суперпластификатор С-3 0,076-0,136, герметик “Акватрон-6” 0,76-1,36, вода остальное. 2 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к составам бетонных смесей для изготовления высококачественных железобетонных изделий подземного и гидротехнического строительства.

Известны [Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. – М.: Стройиздат. – 1990 – с. 139] бетонные смеси для изготовления бетонов с прочностью при сжатии в 28 суточном возрасте до 50 МПа, содержащие портландцемент, высокопрочный заполнитель, песок, добавку в виде суперпластификатора и воду, а также с прочностью при сжатии в возрасте 28 суток до 65 МПа [там же с. 201]. Водонепроницаемость таких бетонов через 28 суток нормального хранения достигает марки W12 [там же, с. 223].

Недостатком аналога является недостаточная прочность и водонепроницаемость бетона.

Известна бетонная смесь [Шейнфельд А.В. Бетоны повышенной прочности и непроницаемости на портландцементе с добавками микрокремнезема различных ферросплавных производств. Специальность 05.23.05. Автореф. дис. канд. техн. наук, 04.9.10 01923, Москва, 1991, с.109] для приготовления высококачественных бетонов, включающая портландцемент М400, двухфракционный гранитный щебень, речной песок, суперпластификатор С-3, минеральный компонент в виде микрокремнезема и вода остальное при следующем соотношении компонентов:
Портландцемент М400 – 16,75-18,55
Щебень гранитный – 45,34-46,70
Песок речной – 26,39-27,21
Суперпластификатор С-3 – 0,16-0,41
Микрокремнезем МК – 1,85-3,35
Вода – Остальное
Недостатком является дороговизна и дефицитность микрокремнезема, а также сложность его доставки. Кроме того, бетоны, имеющие в своем составе МК, отличаются недостаточно интенсивным набором прочности в раннем возрасте.

Прототипом изобретения является бетонная смесь для изготовления высококачественных бетонов при производстве железобетонных изделий для подземного тоннелестроения и гидротехнических сооружений, включающая в качестве вяжущего низкоалюминатный бездобавочный портландцемент М500, гранитный щебень фракции 5-10 мм и 10-20 мм, песок, суперпластификатор С-3, минеральный компонент и воду [RU 2058952, С 04 В 7/02-04, опубл. 27.04.1996, 81с.].

Недостатком прототипа является недостаточная прочность и сложность приготовления бетонной смеси.

Изобретение направлено на интенсификацию набора высококачественным бетоном прочности, особенно в раннем возрасте и снижения себестоимости изготовления бетона при сохранении высокой марки по водонепроницаемости.

Результат достигается тем, что в бетонной смеси для изготовления высококачественных бетонов при производстве железобетонных изделий для подземного тоннелестроения и гидротехнических сооружений, включающей в качестве вяжущего низкоалюминатный бездобавочный портландцемент М500, гранитный щебень фракции 5-10 мм и 10-20 мм, песок, суперпластификатор С-3, минеральный компонент и воду, указанный портландцемент содержит трехкальциевый алюминат С₃А в количестве 4-7 мас.% от вяжущего, в качестве песка используют песок речной с модулем крупности 2-3, а в качестве минерального компонента герметик “Акватрон-6”, причем соотношение содержания трехкальциевого алюмината, С₃А в портландцементе к содержанию С-3 и к герметику “Акватрон-6” определяется формулой С₃А:С-3: “Акватрон-6″=10:1:10 при следующем соотношении компонентов мас.%:
Портландцемент М500 – 17,97-18,23
Щебень гранитный. фр. 5-10 мм – 14,24-15,25
Щебень гранитный фр. 10-20 мм – 29,79-31,00
Песок речной – 28,69-30,49
Суперпластификатор С-3 – 0,076-0,136
Герметик “Акватрон-6” – 0,76-1,36
Вода – Остальное
Характеристика компонентов.

В качестве исходных компонентов для приготовления рекомендуемой в предлагаемом изобретении бетонной смеси использовались бездобавочный портландцемент марки “500” Вольского, Старо-Оскольского и Себряковского заводов с соответствующим содержанием С₃А – 4%, 7 и 5,5% (ГОСТ 10178-85).

В качестве крупного заполнителя использовался гранодиоритовый щебень Шершнинского месторождения (Урал) фр. 5-20 мм, соответствующий ГОСТ 8267-93, который предварительно фракционировался на две фракции 5-10 и 10-20 мм.

Мелкий заполнитель – речной кварцевый песок с модулем крупности 2,5-3 Камско-Устьинского карьероуправления РТ (ГОСТ 8736-93).

Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-02042229-625-90) использовался в сухом порошкообразном виде, из которого затем готовился водный раствор заданной плотности.

В качестве минерального компонента использовали герметик “Акватрон-6” (г. Бийск, “Полиэкс”), соответствующий требованиям ТУ 75 080 05.080-97. “Акватрон-6” относится к семейству герметиков различного назначения, выпускаемых ОАО “Полиэкс”. Это порошок серого цвета, представляющий собой смесь высокомарочного портландцемента и специально подготовленного кварцевого песка с регламентированной гранулометрией и модифицирующих добавок. Сроки схватывания: начало – не позднее 2 часов, конец – не позднее 5 часов, средняя плотность – 2,3 г/см³. Кроме того, он является многокомпонентным композитом, в который входят также и неорганические соли – нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов и другие соединения.

Технология приготовления бетонной смеси заключается в предварительном взвешивании компонентов, перемешивании в лабораторной мешалке щебня фракции 5-10 и 10-20 мм, песка, цемента и герметика “Акватрон-6” в сухом виде до получения однородного цвета, последующем добавлении 2/3 воды затворения и повторном перемешивании. Через 100-120 секунд вводится оставшаяся 1/3 воды вместе с добавкой суперпластификатора в виде 10% раствора. Общее время перемешивания составляет 3 минуты. После чего проводят стандартное определение подвижности и средней плотности уплотненной бетонной смеси.

Приготовленную смесь укладывают в стандартные формы кубиков 101010 см, уплотняют на виброплощадке и выдерживают в нормальных условиях при температуре 20^oС и влажности 95%.

Примеры составов в предлагаемой бетонной смеси приведены в табл. 1. Физико-механические свойства бетонов предлагаемых составов приведены в табл. 2.

Введение герметика “Акватрон-6” в бетонную смесь способствует формированию более плотной водонепроницаемой структуры бетона, т.к. при взаимодействии с водой неорганические соли минеральных кислот герметика образуют стабильные кристаллогидраты, которые блокируют продвижение жидкости по капиллярам. Введение “Акватрон-6” в смесь приводит к изменению фазового состава и поровой структуры цементного камня бетона в результате образования низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH. Это приводит к перераспределению дифференциальной пористости: уменьшению количества капиллярных пор (диаметром 510^-3-410^-1 мкм) и увеличению количества пор геля (диаметром 110^-3-510^-3), что также является следствием повышения степени гидратации. Совместное действие трех факторов: С₃А, С-3 и “Акватрон-6”, способствует в еще большей степени формированию непроницаемой структуры бетона.

Экспериментально доказано, что при соблюдении соотношения содержания С₃А в минералогическом составе портландцементного клинкера к содержанию С-3 (мас.%) и к “Акватрон-6”, равного 10:1:10, достигаются максимальные значения физико-механических свойств бетона. В случае увеличения С₃А снижается эффективность суперпластификатора, поскольку адсорбционная способность алюминатных фаз значительно превосходит адсорбционную способность силикатных. Увеличение содержания С-3 приводит к увеличению адсорбционных слоев на твердой фазе или на ее активных центрах, что затрудняет последующую коагуляцию мелких и средних по размеру частиц до крупных блоков и экранирования межмолекулярного притяжения, что в свою очередь приводит к увеличению сроков схватывания и замедлению процессов структурообразования. Снижение или увеличение герметика “Акватрон-6” приводит к снижению водонепроницаемости в первом случае и снижению прочности во втором.

Из табл. 2 видно, что введение в состав бетонной смеси герметика “Акватрон-6” способствует повышению ранней распалубочной прочности, при этом затраты на материалы, а следовательно, и стоимость изготовления бетона предлагаемого состава невысока.

Формула изобретения

Бетонная смесь для изготовления высококачественных бетонов при производстве железобетонных изделий для подземного тоннелестроения и гидротехнических сооружений, включающая в качестве вяжущего низкоалюминатный бездобавочный портландцемент М500, гранитный щебень фракции 5-10 мм и 10-20 мм, песок, суперпластификатор С-3, минеральный компонент и воду, отличающаяся тем, что указанный портландцемент содержит трехкальциевый алюминат-С₃А в количестве 4-7 мас. % от вяжущего, в качестве песка используют песок речной с модулем крупности 2-3, а в качестве минерального компонента герметик “Акватрон-6”, причем соотношение содержания трехкальциевого алюмината-С₃А в портландцементе к содержанию С-3 и к герметику “Акватрон-6” определяется формулой С₃А: С-3: “Акватрон-6″= 10: 1: 10 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Портландцемент М500 – 17,97-18,23
Гранитный щебень фракции 5-10 мм – 14,24-15,25
Гранитный щебень фракции 10-20 мм – 29,79-31,00
Песок речной – 28,69-30,49
Суперпластификатор С-3 – 0,076-0,136
Герметик “Акватрон-6” – 0,76-1,36
Вода – Остальное

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.04.2004

Извещение опубликовано: 20.04.2006 БИ: 11/2006

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.11.2007

Извещение опубликовано: 10.11.2007 БИ: 31/2007

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.04.2008

Извещение опубликовано: 20.06.2010 БИ: 17/2010