ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН
HIGH-STRENGTH LIGHT CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, монолитном строительстве, при возведении сооружений специального назначения.
Известен состав легкого бетона (патент RU 2154619 С1, опубл. 20.08.2000), включающий портландцемент, полые микросферы, золу уноса и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 25,4…30,9, зола уноса - 6,2…13,1, микросферы - 35,3…41,1, вода - остальное.
Недостатком такого легкого бетона является низкое значение предела прочности при сжатии (13,6…17,2 МПа), что позволяет применять указанный бетон только для изготовления теплоизоляционных изделий и конструкций.
Наиболее близкой по технической сущности является бетонная смесь (патент RU 2355656 С2, опубл. 20.05.2009), включающая портландцемент, наполнитель (алюмосиликатные микросферы), модифицированное базальтовое волокно, пластификатор и воду, мас.%: портландцемент - 23…48; наполнитель - 30…60; модифицированное базальтовое волокно - 2…6; пластификатор - 0,9…1,1; вода - остальное.
Недостатком такой бетонной смеси является невысокое значение показателя удельной прочности (отношение предела прочности при сжатии к относительной плотности материала), который характеризует техническую эффективность и конструкционные свойства бетона.
Цель изобретения - получение бетона с повышенными показателями удельной прочности.
2
Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный легкий бетон, полученный из смеси, содержащей цемент, наполнитель - микросферы, пластификатор и воду, дополнительно содержит минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, имеющего средний размер частиц 0,01…1 мкм, каменной муки - продукта измельчения кварцевого песка с удельной поверхностью 700…800 м/кг и кварцевого песка фракции 0,16…0,63 мм, а в качестве пластификатора - гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
33,8…53,0
Микрокремнезем
4,77…13,8
Указанная каменная мука
1,5…11,9
Указанный кварцевый песок
5,1…32,2
Микросферы
4,3…19,27
Указанный гиперпластификатор
0,3…0,48
Вода
остальное
2
Для приготовления бетона использовали портландцемент, например, марки М-500 Д0 по ГОСТ 31108-2003. Минеральная часть, в состав которой входит кварцевый песок фракционированный (фр. 0,16…0,63 мм), соответствующий ГОСТ 8739-93, каменная мука - продукт измельчения кварцевого песка с удельной поверхностью 700…800 м/кг, и микрокремнезем, обеспечивает заполнение межзерновых пустот наполнителя, образуя плотную структуру.
В качестве наполнителя используются стеклянные или алюмосиликатные полные микросферы, индивидуальные свойства которых обеспечивают снижение средней плотности при обеспечении высокой прочности высокопрочного легкого бетона.
Применение поликарбоксилатного гиперпластификатора типа «Melflux 1641F», «Melflux 2651F», «Sika Viscocrete 5 new» или «Одолит-Т» позволяет увеличить подвижность и снизить водопотребность бетонной смеси.
Высокопрочный легкий бетон готовят следующим образом. Предварительно перемешивают портландцемент, каменную муку и микрокремнезем с микросферами для образования равномерного слоя на поверхности наполнителя. Компоненты загружают в смеситель, добавляют растворенный в воде гиперпластификатор и перемешивают до получения однородной смеси, после чего добавляют фракционированный песок и перемешивают в соответствии с EN 196-1-ASTM C305, повторяя цикл перемешивания 3 раза. Из полученной смеси изготавливают образцы для испытаний: кубики размером 100×100×100 мм.
Испытания проводятся по следующим методикам:
- ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы для определения плотности;
- ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы для определения прочности по контрольным образцам.
- Метод Transient Hot Bridge (метод нестационарного теплового потока) для определения теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости.
Удельная прочность рассчитывается по формуле:
уд
сж
отн
R=R/ρ,
сж
отн
где R - предел прочности при сжатии, МПа, ρ - относительная плотность.
Составы предлагаемого легкого бетона приведены в таблице 1, а его физико-механические и теплофизические свойства - в таблице 2.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
Состав
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Портландцемент
47,7
53,0
35,0
41,2
50,3
40,7
33,8
44,0
Микрокремнезем
4,77
8,00
6,90
6,92
7,55
13,8
5,6
-
Каменная мука - продукт измельчения кварцевого песка с удельной поверхностью:
-
700 м<sup>2</sup>/кг
5,65
-
7,90
-
1,70
-
11,9
800 м<sup>2</sup>/кг
-
2,50
-
5,90
-
1,50
-
Кварцевый песок
16,4
7,3
18,6
14,7
5,1
13,8
32,2
-
Гравий
-
-
-
-
-
-
-
19,0
Стеклянные микросферы
10,3
11,9
-
-
-
-
4,3
-
Алюмосиликатные микросферы
-
-
15,5
15,4
19,27
15,5
-
10,0
Модифицированное базальтовое волокно
-
-
-
-
-
-
-
6,0
Пластификатор:
1,00
Melflux 1641F
0,38
-
-
0,48
-
-
-
-
Melflux 2651F
-
-
-
-
-
0,40
-
-
Одолит Т
-
0,30
-
-
0,48
-
-
-
Sika Viscocrete 5 new
-
-
0,40
-
-
-
0,30
-
Вода
14,8
17,0
15,7
15,4
15,6
14,3
11,9
20,0
Таблица 2
Показатель
Содержание компонентов, мас.%
Состав
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
1370
1293
1423
1518
1252
1483
1803
1630
Предел прочности при сжатии, МПа
56,2
56,5
40,9
73,0
45,3
59,3
63,86
46,9
Удельная прочность, МПа
41,01
43,69
28,73
48,12
36,21
39,95
35,42
-∗
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)
0,599
0,488
0,588
0,691
0,475
0,688
-
-
Коэффициент температуропроводности, ·10<sup>-7</sup> м<sup>2</sup>/с
4,262
3,655
3,950
4,247
3,648
4,01
-
-
Удельная теплоемкость (при T=25°С), кДж/(кг·К)
1,050
1,110
1,181
1,204
1,067
1,186
-
-
Примечание. ∗ - удельная прочность, рассчитанная по представленной формуле, составляет 28,7 МПа.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый высокопрочный легкий бетон обладает более высоким показателем удельной прочности (до 1,65 раза) в зависимости от вида и марки наполнителя, более низкой средней плотностью и коэффициентом теплопроводности.