ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ БЕТОН
SOUND-ABSORBING CONCRETE

Изобретение относится к составам бетона и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве для изготовления цементных композитов с высокими звукопоглощающими свойствами.
Известен звукопоглощающий материал (авторское свидетельство СССР №1281551, опубл. 07.01.1987), состоящее из полых корундовых микросфер, фосфатного связующего, натрийборосиликатного стекла при следующем соотношении компонентов, мас. %: полые корундовые микросферы 67-83; фосфатное связующее 10-10,5; полые микросферы из натрийборосиликатного стекла 7-22,5.
Недостатком данного состава является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток (1,5-2 МПа) из-за низких прочностных характеристик фосфатного связующего и низкое значение коэффициента звукопоглощения вследствие несовершенной пористой структуры материала.
Известен звукопоглощающий материал (Патент RU №2232148, опубл. 10.07.2004), включающий полые зольные микросферы, фосфатное связующее, микропорошок на основе электрокорунда, при следующем соотношении компонентов, мас. %: зольные микросферы 20-35; фосфатное связующее 32,5-40; микропорошок на основе электрокорунда 32,5-40.
Недостатком данного состава является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток (3-9 МПа) из-за низких прочностных характеристик фосфатного связующего и низкое значение коэффициента звукопоглощения вследствие несовершенной пористой структуры материала.
Известны легкие бетоны на основе цементного вяжущего, легкого крупного и мелкого заполнителей. В качестве легких пористых заполнителей используются керамзит, термолит, аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит, вермикулит и др. (Бурлаков Г.С.Технология изделий из легкого бетона: Учеб. пособие для вузов по спец. "Пр-во строит, изделий и конструкций". - М.: Высш. шк., 1986. - 296 с.).
Недостатком данных бетонов является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток и низкое значение коэффициента звукопоглощения вследствие несовершенной пористой структуры материала.
3
Известен легкий бетон (Патент RU №2653164, опубл. 07.05.2018), содержащий, мас. %: полые микросферы золы уноса и/или полые микросферы пеностекла с диаметрами 10 мкм - 2 мм и насыпной плотностью 100-360 кг/м 61-80, вспученный перлитовый песок или вспученный перлитовый песок гидрофобизированный 4-18, портландцемент 8-10, полимерное связующее - водную сополимерную эмульсию на основе производных акриловой или метакриловой кислоты 8-12.
2
Недостатком данного состава является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток (10-30 МПа) из-за низких прочностных характеристик связущего, низкое значение коэффициента звукопоглощения (0,2-0,6) вследствие недостаточной пористости в структуре бетона, сложность технологии получения такого бетона вследствие необходимости виброуплотнения смеси в форме с пригрузом 22 г/см в течение 3 мин.
Известен звукопоглощающий легкий бетон (Патент RU №2415824, опубл. 10.04.2011), включающий крупный легкий заполнитель, цемент и воду, формующийся в виде крупнопористой структуры, в которой ячейки между отдельными фракциями крупного заполнителя образованы по интегральному принципу от мелких на периферии к крупным в середине стены со следующими слоями: наружные слои на основе мелких фракций из крупного легкого заполнителя диметром 5-10 мм; средние слои из крупного легкого заполнителя диаметром 10-20 мм и внутренние слои из крупного легкого заполнителя диаметром 20-40 мм.
Недостатком данного состава является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток из-за большого расхода воды для получения удобоукладываемой керамзитобетонной смеси, низкое значение коэффициента звукопоглощения (0,12-0,48) в диапазоне частот от 63 до 2000 Гц вследствие несовершенной пористости в структуре бетона и сложность технологии получения бетона с интегральным расположением крупного керамзитового заполнителя.
Известен состав легкого конструкционно-теплоизоляционного и звукопоглощающего бетона (Патент RU №2154619, опубл. 20.08.2000), принятый за прототип и содержащий цемент, золу-уноса, полые микросферы из золошлаковых отходов ГРЭС, воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цемент - 25,4-30,9; зола-уноса 6,2-13,1; полые микросферы - 35,3-41,1; вода - остальное.
Недостатком данного состава является низкая прочность на сжатие в возрасте 28 суток (13-17 МПа) из-за низких прочностных характеристик вяжущего и большого расхода воды, низкое значение коэффициента звукопоглощения вследствие недостаточной пористости в структуре бетона.
Техническим результатом является создание звукопоглощающего бетона с высокой прочностью на сжатие в возрасте 28 суток и высоким коэффициентом звукопоглощения.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит фракционированную резиновую крошку из отработавших автошин в количестве 6% фракции от 5 до 2,5 мм, 29% каждой из фракций от 2,5 до 1,25, от 1,25 до 0,63, от 0,63 до 0,315 мм и 7% фракции от 0,315 до 0,16 мм, тонкомолотый кварцевый песок с содержанием микрочастиц размером менее 4 мкм более 40%, размером менее 45 мкм более 97%, поликарбоксилатный суперпластификатор Stachement 2000, в качестве цемента используют портландцемент, а в качестве полых микросфер гранулированное пеностекло фракции от 100 до 800 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
портландцемент
28,5-38,4
зола-уноса
6,4
указанный тонкомолотый кварцевый песок
2,0-2,5
гранулированное пеностекло фракции 100-800 мкм
6,2-8,3
резиновая крошка фракции 5-2,5 мм
1,900-2,230
резиновая крошка фракции 2,5-1,25 мм
9,055-10,300
резиновая крошка фракции 1,25-0,63 мм
9,055-10,300
резиновая крошка фракции 0,63-0,315 мм
9,055-10,300
резиновая крошка фракции 0,315-0,16 мм
2,190-2,360
поликарбоксилатный суперпластификатор
0,225-0,260
вода
остальное
Применение фракционированной резиновой крошки позволяет получить необходимую структуру пор для повышения звукопоглощения бетона, т.к. большая удельная поверхность стенок открытых пор способствует активному преобразованию энергии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на трение. Применение тонкомолотого кварцевого песка и поликарбоксилатного суперпластификатора улучшает удобоукладываемость свежеприготовленной смеси и повышает прочность затвердевшего бетона.
Заявляемый состав бетона включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:
- портландцемент ЦЕМ I 42,5 по ГОСТ 31108-2016.
- зола-уноса по ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». Химический состав золы-уноса представлен в таблице 1;
- гранулированное пеностекло фракции 100-800 мкм по ТУ 5914-001-15068529-2006 является продуктом вспенивания измельченного стеклобоя;
- тонкоизмельченная резиновая крошка из отработавших автошин соответствовала ТУ 2519-001-09691885-2016 «Крошка резиновая»;
2
- кварцевый песок Лужского месторождения с содержанием SiO более 97% соответствовал ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ»;
- суперпластификатор Stachement 2000 на поликарбоксилатной основе, по водоредуцирующему действию относится к группе суперводоредуцирующих, а по пластифицирующему действию относится к группе суперпластифицирующих в соответствии с ГОСТ 24211-2008.
Образцы для испытания готовили следующим образом. Цемент, золу-уноса, молотый кварцевый песок, гранулированное пеностекло, резиновую крошку перемешивали в смесителе «Digi Mortar Mixer» вместимостью 5 л. Для получения тонкомолотого кварцевого песка использовалась центробежно-эллиптическая мельница АС 100 (класс мельниц "Активатор С") фирмы Оу CYCLOTEC Ltd - Финляндия. Для разделения тонкодисперсных частиц использован классификатор центробежно-динамический фирмы «Ламел-777», Республика Беларусь. Использование эффективного классификатора для разделения в воздушных потоках дисперсных материалов позволяет регулировать гранулометрический состав минеральных порошков. Гранулометрический состав молотого песка был определен с помощью лазерного дифракционного анализатора размера частиц MicroSizer 201. Полученную смесь затворяли водой. Суперпластификатор вводили с водой затворения.
Предел прочности при сжатии был определен в соответствии с ГОСТ 30744-2001. Коэффициент звукопоглощения был определен в соответствии с ГОСТ 23499-2009 и ГОСТ 16297-80.
В таблицах 2-4 приведены составы и свойства звукопоглощающего бетона в сравнении с прототипом. Предлагаемый состав звукопоглощающего бетона позволяет повысить предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток и коэффициент звукопоглощения. В сравнении с прототипом предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток повышается с 16,8 МПа до 36,3 МПа и коэффициент звукопоглощения в исследованном диапазоне частот повышается со значений 0,09-0,34 до значений 0,45-0,72.
В таблицах 2-4 приведены составы бетона с указанной фракционированной резиновой крошкой и с тонкоизмельченным кварцевым песком с содержанием микрочастиц размером менее 4 мкм равным 41, 70 и 100% и размером менее 45 мкм равным 98, 99 и 100%.