БЕТОННАЯ СМЕСЬ
CONCRETE MIXTURE

Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, а так же для устройства верхних и нижних слоев дорожного покрытия и их последующем ремонте.
В истории развития автомобильных дорог наступил момент, когда старые, то есть традиционно используемые асфальтобетонные покрытия, применяемые с XIX века, уже не соответствуют современным требованиям из-за возросших нагрузок на ось транспортных средств, а новых дорожных покрытий, отвечающих всем требованиям современного этапа развития автопромышленного комплекса, нет.
В настоящее время на существующих автомобильных дорогах Российской Федерации сложилась ситуация, когда конструкции дорожных одежд не отвечают требованиям по долговечности и несущей способности. Автомобильные дороги по своим транспортно-эксплуатационным характеристикам рассчитаны на нагрузку 6-10 тонн на ось, что не соответствует постоянно растущей интенсивности движения, грузонапряженности перевозок, появлению новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на ось 11-13 тонн. Все это приводит к быстрому разрушению асфальтобетонных покрытий, колееобразованию. При этом приходится чаще ремонтировать покрытия, межремонтные сроки сокращаются, что приводит к увеличению затрат на содержание и последующий ремонт дорожных одежд.
Одним из путей получения качественного покрытия является применение бетонной смеси с использованием отходов промышленного производства. Поэтому применение особо жестких смесей является более целесообразным, по сравнению с традиционными бетонными смесями, из-за меньшего расхода цемента. В наибольшей степени этим требованиям отвечает укатываемый бетон.
Известна бетонная смесь (RU патент №2123989), применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковой смеси, комплексной водопонижающей добавки, смеси ионов, хелатолигантов, водного раствора крепителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
27,0-41,0
Золошлаковая смесь
50,0-58,0
Комплексная водопонижающая добавка
0,5-2,5
Смесь ионов
0,01-0,42
Хелатолиганты
0,01-0,25
Водный раствор крепителя
1,5-5,0
Остаточная вода затворения
Остальное
Известна бетонная смесь (RU патент №2311236, применяемая в строительстве и устройстве дорожных и аэродромных покрытиях, представляющая собой смесь цемента, золошлаковых отходов мусоросжигания, заполнителей, добавки - модификаторов, добавки - детоксикантов и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
20-25
Золошлаковые отходы мусоросжигания
40,0-60,0
Заполнитель
0-30
Добавка-модификатор
0,02-0,075
Добавка детоксикант
0,01-0,25
Вода
Остальное
Недостатком указанных смесей является большое количество входящих компонентов в состав бетонной смеси, что ведет к сложности приготовления изделия и использованию более дорогой марки портландцемента М500, что приводит к ее значительному удорожанию.
Наиболее близким по технической сущности является бетонная смесь (RU патент №2351563), представляющая собой смесь цемента, золы гидроудаления, песка, крупного заполнителя и воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Цемент
270-340
Зола гидроудаления
60-130
Песок
510
Крупный заполнитель
1260
Вода
200
Недостатком указанной бетонной смеси является большой разбег приделов у цемента и золы гидроудаления, что влияет на количество мелкого (песок) и крупного заполнителя. В рецепте прототипа используется большое количество воды, что уменьшает жесткость бетона, а следовательно, не может применяться в качестве укатываемого бетона для дорожных покрытий. Кроме того, использование более дорогой марки портландцемента М500 и большое количество крупного природного заполнителя приводит к значительному удорожанию бетонной смеси.
В результатах проведенных исследований прототипа не указана плотность и морозостойкость бетона, что ставит под сомнение использование его в качестве укатываемого бетона согласно ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.
Для устранения указанных недостатков предлагается бетонная смесь, состоящая из цемента, золы уноса, песка, крупного заполнителя, мелкого фракции до 3 мм и крупного фракции от 5 мм до 20 мм асфальтобетонного гранулята (АГ), воды при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Цемент
356
Зола уноса
89
Песок
561
Крупный заполнитель
685
АГ (мелкий)
50
АГ (крупный)
468
Вода
180
Предпочтительно использование золы уноса ТЭЦ-6, г.Братска следующего состава:
Содержание элементов в расчете на оксиды
Нормативный документ на метод испытания
Величина, %
Потери при прокаливании
ГОСТ 11022-95
Не более 5
SiO<sub>2</sub>
ГОСТ 10538-87
45.1-52.7
TiO<sub>2</sub>
ГОСТ 10538-87
0.3-0.4
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
ГОСТ 10538-87
6.5-11.4
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
ГОСТ 10538-87
17.2-9.0
CaO
ГОСТ 10538-87
24.5-12.5
MgO
ГОСТ 10538-87
5.2-7.2
SiO<sub>2</sub>
ГОСТ 10538-87
45.1-52.7
K<sub>2</sub>O
Методика №30-07
0.2-0.1
Na<sub>2</sub>O
СО 34.37.528-94
0.5-0.4
SO<sub>3</sub>
ГОСТ 10538-87
3.40-0.56
CaO св
ГОСТ 23227-78
Не более 10
Перед применением золы уноса она подвергалась активированию на шаровой мельнице. Активация золы проходила в течение 20 минут.
В качестве цемента в примерах выполнения использован активированный портландцемент М400 Ангарского цементного завода, в качестве песка применялся песок из отсева дробления речного ПГС, в качестве крупного заполнителя щебеня применялся щебень после дробления речного ПГС фракции 5-20 мм.
Получение асфальтобетонного гранулята из фрезерованного материала осуществляют на стационарных, самоходных и передвижных дробилках, куда его доставляют для дробления до требуемых размеров с последующей разгрохоткой по фракциям. Для этого используют в основном дробилки щекового и роторного типа. Дробление необходимо производить при пониженных температурах воздуха.
В качестве пластифицирующей добавки использовали промышленный суперпластификатор С-3.
Ускорители твердения и воздухововлекающие добавки не применялись.
Способ приготовления бетонной смеси:
Разбивают все заполнители на три равные части и приступают к приготовлению бетонной смеси:
1. перемешивают часть песка с частью мелкого АГ;
2. добавляют часть щебня, перемешивают;
3. добавляют часть крупного АГ, перемешивают;
4. добавляют золу уноса, перемешивают;
5. добавляют цемент, перемешивают;
6. весь процесс повторяют с добавлением оставшихся двух частей, после чего добавляют также тремя частями воду;
7. в заключение добавляют пластифицирующую добавку.
Результаты проведенных испытаний представлены в таблице:
Компоненты бетонной смеси и свойства бетона
Еденица измерения
Соотношение компонентов бетонной смеси по составам
1
2
1
Цемент
кг/м<sup>3</sup>
356
356
356
Зола уноса
кг/м<sup>3</sup>
89
89
89
Песок
кг/м<sup>3</sup>
428
428
561
Крупный заполнитель
кг/м<sup>3</sup>
685
685
685
АГ (мелкий)
кг/м<sup>3</sup>
184
184
50
АГ (крупный)
кг/м<sup>3</sup>
457
457
468
Вода
кг/м<sup>3</sup>
200
190
180
Пластификатор С-3 (от массы цемента)
%
-
0,6
0,6
Плотность
кг/м<sup>3</sup>
2248
2248
2308
Прочность (класс бетона)
МПа
В15
В20
В25
Морозостойкость
цикл
F 50
F 75
F 100
Подвижность (осадка конуса)
см
1,5
1,5
0,6
В соответствии с ГОСТ 10181.1-81; ГОСТ 10181-2000; ГОСТ 10060.0-95
нет
да
да
Сравнивая состав бетонной смеси по прототипу и предлагаемый состав бетонной смеси с добавлением золы уноса и новой композитной составляющей отходов дорожного производства - асфальтобетонного гранулята, себестоимость предлагаемой смеси значительно ниже чем у прототипа при сохранении всех требований ГОСТ 10181.1-81, ГОСТ 10181-2000, ГОСТ 10060.0-95.
Кроме того, следует отметить что применение такой бетонной смеси требует незначительной энергоемкости, обеспечивается меньшая усадка, увеличивается расстояние между деформационными швами, а главное, сокращается срок строительства.