ВЫСОКОПРОЧНЫЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
HIGH-STRENGTH FINE GRAIN CONCRETE ON COMPOSITE BINDER BASIS WITH APPLICATION OF TECHNOGENIC RAW MATERIAL

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к бетонной смеси для приготовления высокопрочного мелкозернистого бетона с применением техногенного материала, и может быть использовано для изготовления элементов каркаса зданий и сооружений как в гражданском, так и в промышленном строительстве.
Известна сырьевая смесь для высокопрочного бетона (патент на изобретение RU №2466110, С04В 28/04, В28В 1/00, С04В 111/20), содержащая компоненты, масс. %: портландцемент 25,6-26,0, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1 31,9-32,5, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм 31,9-32,5, углеродные наноматериалы 0,01-0,0001 и воду 8,99-10,6.
К основным недостаткам сырьевой смеси для высокопрочного бетона относится высокий расход портландцемента и высокое водопоглощение, так как используемые заполнители имеют более крупную фракцию, из-за этого полученный материал имеет низкую плотность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой (патент на изобретение RU №2471752, С04В 38/00, В82В 1/00), содержащая компоненты, масс. %: портландцемент 25-25,6, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1 32,5-33, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм 32,5-33, нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 0,013-0,052 и воду 8,348-9,987.
К основным недостаткам сырьевой смеси для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой относится высокий расход портландцемента и высокое водопоглощение, так как используемые заполнители имеют более крупную фракцию, из-за этого полученный материал более пористый и имеет низкую плотность.
Изобретение позволяет получить высокопрочный мелкозернистый бетон, с применением в качестве наполнителя и заполнителя техногенного материала - кварцитопесчаника, обладающий низким расходом портландцемента в составе бетонной смеси, низким водопоглощением, при сохранении его высокой прочности и плотности.
2
Это достигается тем, что бетонная смесь на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала кварцитопесчаника содержит портландцемент, активную добавку, наполнитель, заполнитель, пластифицирующую добавку и воду; в качестве активной добавки используется глиноземистый цемент и микрокремнезем; в качестве наполнителя - техногенный материал кварцитопесчаник с удельной поверхностью 450-500 м/кг; в качестве заполнителя - кварцевый песок фракции 0,63-1,25 мм и отсев дробления техногенного материала кварцитопесчаника фракции 1,25 мм; в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F и воду при следующем соотношении компонентов, %:
портландцемент - 21,0-21,7,
глиноземистый цемент - 2,0-2,1,
микрокремнезем - 2,0,
техногенный материал кварцитопесчаник - 1,6-1,9,
кварцевый песок - 20,5-21,0,
отсев дробления техногенного материала кварцитопесчаника - 46,5-47,0,
гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,2,
вода - остальное.
Характеристика компонентов высокопрочного мелкозернистого бетона.
Композиционное вяжущее:
- портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н соответствует ГОСТ 10178-85;
- в качестве активной добавки применяется глиноземистый цемент марки ГЦ 40 по ГОСТ 969-91 и микрокремнезем, соответствующий требованиям ТУ 5743-048-02495332-96;
- в качестве наполнителя используется техногенный материал кварцитопесчаник по ГОСТ 8267-93.
В качестве заполнителя - кварцевый песок ГОСТ 2138-91 фракции 0,63-1,25 мм и отсев дробления техногенного материала кварцитопесчаника ГОСТ 8267-93 фракции 1,25 мм.
В качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F (Производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия)) - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата, высокоэффективный диспергатор, снижает усадку, эффективен в широком диапазоне температур, обеспечивает высокую раннюю прочность, электронный ресурс [http://www.slimstone.ru/color.html от 09. 04. 2017 (03:43:28)].
Вода для бетонов и строительных растворов соответствует требованию ГОСТ 23732-79.
Было изготовлено пять составов предлагаемого высокопрочного мелкозернистого бетона, состоящего из композиционного вяжущего, заполнителя и пластифицирующей добавки.
Пример исполнения (состав №4).
yд
2
Смесь готовили в два этапа. На первом этапе готовили сухую сырьевую смесь. Предварительно техногенный материал кварцитопесчаник измельчали до S=450-500 м/кг в шаровой (можно в вибрационной мельнице). Все сухие компоненты сырьевой смеси (портландцемент, глиноземистый цемент, микрокремнезем, техногенный материал кварцитопесчаник) дозировали весовым методом в следующем массовом соотношении: 50 кг (1,9%) наполнителя - кварцитопесчаника, 550 кг (21%) кварцевого песка фракции 0,63-1,25 мм, 1250 кг (46,5%) отсева дробления кварцитопесчаника фракции 1,25 мм, 550 кг (21,7%) портландцемента, 52 кг (2%) глиноземистого цемента, 52 кг (2%) микрокремнезема и тщательно перемешивали в бетоносмесителе в течение 3 минут.
Параллельно готовили 5 кг (0,2%) раствора гиперпластификатора Melflux 2651 F с 74,3 л (4,7%)водой. Приготовленный раствор добавляли к сухой сырьевой смеси и тщательно перемешивали в бетоносмесителе в течение 2 минут.
На втором этапе формовали образцы-кубы, размером 100×100×100 мм мелкозернистого бетона традиционным способом - путем заполнения стандартных форм 2ФК-100 по ГОСТ 10181-2014. Время выдержки в формах 8 часов. После распалубливания образцы помещали в камеру с нормальными условиями твердения: с температурой (20±2)°С и относительной влажностью воздуха (95±5)% на 28 суток.
Составы образцов из бетонной смеси на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала - кварцитопесчаника и строительно-технические характеристики представлены в табл. 1
Затем образцы мелкозернистого бетона испытывали на прочность по ГОСТ 10180 и определяли водопоглощение по ГОСТ 12730.3-78. Результаты испытаний представлены в табл. 1
3
Образцы под номером 2, 3 и 4 показали высокие результаты по прочности (класс по прочности В80), с низким водопоглощением (0,8%) и высокой плотностью (2380 кг/м), таким образом именно эти составы выбраны оптимальными для производства высокопрочного мелкозернистого бетона на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала - кварцитопесчаника.
yд
2
Кварцитопесчаник содержит кварц метаморфогенного происхождения, имеет активную по отношению к компонентам композиционного вяжущего поверхность за счет большого количества активных адсорбционных центров, наличия примесей алюминия и щелочноземельных металлов, а также ее микрогеометрии. Только при данном соотношении компонентов происходит активное влияние наполнителя из техногенного материала кварцитопесчаника на реализацию структурообразования с портландцементом во время гидратации, протекающие процессы в зоне контакта частиц композиционного вяжущего, полученного путем введения в портландцемент частиц кварцитопесчаника, измельченного до S=450-500 м/кг, и гиперпластификатора Melflux 2651 F, происходит образование более прочной структуры бетона, что способствует повышению его плотности и прочности.
Особенности состава и строения композиционного вяжущего с применением техногенного материала кварцитопесчаника, активизированного глиноземистым цементом и микрокремнеземом, позволяют повысить реологию бетонной смеси, снизить водовяжущее отношение, благодаря синтезу новообразований. При равной подвижности смесь композиционного вяжущего с пластифицирующей добавкой гиперпластификатором Melflux 2651 F отличается большей вязкостью, значительно меньшей расслаиваемостью и большей пластичностью по сравнению с традиционными мелкозернистыми бетонными смесями.
Таким образом, высокоплотная упаковка компонентов бетонной смеси на основе предлагаемого композиционного вяжущего, заполнение пустот и улучшение сцепления с заполнителем способствует значительному снижению капиллярной пористости и проницаемости мелкозернистого бетона. Оказывает направленное воздействие на структурообразование, позволяя повысить прочностные характеристики мелкозернистого бетона. Изготовление мелкозернистого бетона на таком композиционном вяжущем позволяет сократить время, энерго- и материальные затраты на производство.
Полученные изделия из мелкозернистого бетона на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала кварцитопесчаника заявляемого состава, имеют характеристики, которые существенно превосходят свойства прототипа, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования.
Обеспечивается минимальная пористость полученного материала за счет кристаллизации новообразований (гидросиликатов и гидроалюминатов кальция) вокруг зерен отсева дробления кварцитопесчаника, что позволяет получить мелкозернистый бетон с плотной структурой и низкой пористостью.
Кремнеземсодержащие компоненты химически связывают портландит, образующийся при гидратации портландцемента, в низкоосновные гидросиликаты кальция, что дополнительно упрочняет структуру полученного материала.
Полученный высокопрочный мелкозернистый бетон на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала кварцитопесчаника удовлетворяет всем поставленным задачам. Получен мелкозернистый бетон со сниженным расходом портландцемента - 21,0-21,7 мас. % (прототип 25,6 мас. %);
с высокой прочностью при сжатии в возрасте 28 суток - 80,0-81,8 МПа (прототип 79,0 МПа);
с низким водопоглощением 0,8% по массе (прототип 1,3% по массе);
3
с высокой плотностью - 2380 кг/м (определяли по ГОСТ 12730.1-78), что соответствует требованиям для высокопрочных бетонов.
Кроме того, повышается морозостойкость и долговечность получаемого материала.
Кроме этого, дополнительным преимуществом является применение техногенного материала - кварцитопесчаника, тем самым сокращая занимаемые ими производственные площади.