Высокопрочная бетонная смесь с низким расходом цемента
HIGH-STRENGTH CONCRETE MIX WITH LOW CEMENT CONSUMPTION

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к модифицированным низкоцементным высокопрочным бетонным смесям для изготовления строительных конструкций зданий и сооружений.
2
2
Известна бетонная смесь, раскрытая в пат. RU 2631741 С1, включающая многокомпонентное минеральное вяжущее, щебень из отвального доменного шлака фракции 5-20 мм, кварцевый песок и воду, где многокомпонентное минеральное вяжущее состоит из, мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4200 см/г гранулированного доменного шлака 60-70, молотого до удельной поверхности не менее 4200 см/г конвертерного шлака 7-9, β-полугидрата сульфата кальция из фосфогипса, просеянного через контрольное сито №008-23-31, клинкера - 10 от суммы вышеуказанных компонентов и дополнительно содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
многокомпонентное минеральное вяжущее 13,2-13,8
щебень из отвального доменного шлака фракции 5-20 мм - 47,1-47,8
песок кварцевый - 31,2-32,8
суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира - 0,11-0,12
вода - остальное
Недостатками известного способа являются: необходимые дополнительные технологические операции подготовки шлаков, а также операции дозирования и смешения компонентов при приготовлении многокомпонентного вяжущего.
2
3
Известен высокопрочный бетон, раскрытый в пат. RU 2717399 С1, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, где в качестве песка используется песок с модулем крупности 2,4; в качестве щебня - щебень фракции 10-20 мм, дополнительно содержит тонкомолотый доменный шлак с удельной поверхностью 330 м/кг; в качестве добавки содержит комплексную добавку, состоящую из водного раствора поликарбоксилатного полимера CP-WRM, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты с плотностью р=1,033 г/см, водородным показателем рН=6,5, и поликарбоксилатного полимера Sika Viscocrete 225 на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:
указанный поликарбоксилатный полимер CP-WRM 96,0-97,0
указанный поликарбоксилатный полимер Sika Viscocrete 225 3,0-4,0,
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
портландцемент 15,8-18,2
указанный песок 27,0-27,4
указанный щебень 40,4-41,5
указанный тонкомолотый доменный шлак 8,0-8,3
указанная комплексная добавка 0,2-0,3
вода 6,2-6,7
Недостатками известного способа являются: относительно высокий расход портландцемента до 18,2%, а также необходимость в дополнительных технологических операциях дозирования и смешения при приготовлении комплексной добавки.
Известен сверхвысокопрочный бетон с низким содержанием цемента, раскрытый в патенте WO 2015193420 А1, состоящий из гидравлического вяжущего и песка в соотношении не менее 45% и не менее 30% соответственно, остальное вода. При этом гидравлическое вяжущее состоит из:
портландцемента, частицы которого имеют D50 от 2 до 11 мкм - 17-55 мас. %;
микрокремнезема не менее 5%;
минеральной добавки в виде шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, известняк или их сочетание от 36 до 70 мас. %, частицы которых имеют D50 от 15 до 150 мкм
Недостатками известного способа являются: жесткие требования к фракционному составу сыпучих минеральных веществ, входящих в состав бетонной смеси, сниженная текучесть и высокая доля общего содержания цемента, до ~ 22%.
Известен высокопрочный бетон, раскрытый в патенте RU 2727990 С1 состоящий из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, где в качестве песка - песок с модулем крупности 2,2-3,2, в качестве щебня - щебень гранитный или гравийный фракции 3-25 мм, дополнительно содержит доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м2/кг и значением водородного показателя рН=7-13, а также содержит реакционно-активный наполнитель, состоящий из метакаолина, тонкодисперсного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты и нитрата калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
метакаолин 43,0-49,0
тонкодисперсный полимер 43,0-47,0
нитрат калия 8,0-10,0,
при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
портландцемент 8,0-15,0
доменный шлак 3,0-6,0
песок 33,9-36,0
щебень 40,0-46,0
добавка 0,6-1,0
реакционно-активный наполнитель 0,5-0,8
вода 2,0-5,0
Недостатками известного способа являются: необходимость в дополнительных технологических операциях дозирования и смешения при приготовлении реакционно-активного наполнителя и относительно высокий расход портландцемента.
Наиболее близкой к предложенной бетонной смеси является бетонная смесь раскрытая в патенте RU 2402502 С9. Бетонная смесь включает цемент, заполнитель, модификатор и воду. Дополнительно содержит полигидросилоксан и молотую породу. В качестве цемента используют портландцемент, в качестве модификатора - микрокремнезем и/или золу уноса и пластифицирующую добавку либо микрокремнезем и/или расширяющий компонент и пластифицирующую добавку, а в качестве молотой породы - измельченный кварцевый песок, или молотый известняк, или молотую вулканическую породу при следующем соотношении компонентов в масс. %: цемент 7-20; заполнитель 60-85; модификатор 0,01-5,50; полиэтилгидросилоксан 0,002-0,010; молотая порода 2-15; вода -остальное. Молотая порода имеет размер частиц не более 1300 мкм.
Недостатком известного способа является: относительно высокое содержание цемента, до 20%.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка бетонной смеси, с высокими показателями прочности на сжатие (не менее 46 МПа по ГОСТ 10180), низкой пористостью (не более 1,7% по ГОСТ 12730.0), при изготовлении которой все компоненты смешиваются в одну стадию и при этом общее содержание цемента в смеси должно находиться в пределах 2,1-4,2 масс %.
3
Технический результат настоящего изобретения достигается за счет подбора компонентов для обеспечения минимальной пористости бетонной смеси, которая не должна превышать 1,7%. Такая пористость бетонной смеси достигается за счет использования следующих соотношений компонентов, указанных в кг. для приготовления одного м бетонной смеси:
2
1. Цемент М500 по ГОСТ 31108-2003. «Цементы общестроительные» с удельной поверхностью 2800-4500 см/г - 50-100 кг (2,1-4,2 масс %);
2. Щебень ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ - остальное;
3. Песок кварцевый ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ - 700-900 кг (29,4-37,8 масс %);
2
4. Гранулированный доменный шлак 1 или 2 сорта по ГОСТ 3476-74, содержащий не менее 30% СаО и размолотый до удельной поверхности 2500-4500 см/гр, - 350-400 кг (14,7-16,8 масс %);
2
5. Микрокремнезем по ГОСТ Р 58894-2020, с удельной поверхностью 140 000 - 300 000 см/гр - 30-60 кг (1,3-2,5 масс %);
6. Анионный ПАВ на основе поликарбоксилатов - 8-15 кг (0,34-0,63 масс %);
7. Вода - 160-180 кг (масс %).
По своим техническим характеристикам разработанная бетонная смесь, при наборе прочности за 28 суток, соответствует маркам М450 - М600 согласно ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия».
Бетонная смесь, раскрытая в заявляемом техническом решении, имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами:
- низкое содержание цемента 2,1-4,2 масс %;
- одностадийное смешение компонентов;
- низкая пористость бетонной смеси до 1,7%;
- высокая подвижность.
Сравнительный анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».
Изобретение и его преимущества относительно прототипа иллюстрируются следующим примером:
Пример.
Характеристики и разработанной бетонной смеси и сравнение с ближайшим аналогом приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, в сравнении с ближайшим аналогом, разработанная бетонная смесь имеет следующие преимущества:
- большая прочность при меньшем содержании цемента;
- большая подвижность бетонной смеси в целом.