Сырьевая смесь для изготовления мелкозернистого полимербетона, модифицированного микрокремнеземом
CRUDE MIXTURE FOR PRODUCING FINE-GRAINED POLYMER CONCRETE, MODIFIED WITH MICROSILICE

Изобретение относится к строительной отрасли и может найти применение при изготовлении наномодифицированных бетонов на основе потенциально реакционноспособных крупного и/или мелкого заполнителя для транспортного, промышленного и гражданского строительства.
Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, тротуарной плитки, бордюров, для устройства верхних слоев дорожного полотна и их последующем ремонте. А так же для ремонта трещин и в качестве заполнителя соединительных швов.
В современном и постоянно развивающемся мире, в котором возрастающие потребности к строительным материалам пропорциональны росту научно-технического прогресса, возникает острая необходимость к модернизации бетонов, что позволяет использовать их при строительстве зданий и сооружений, мостов и виадуков, путепроводов, автомагистралей и прочих ответственных сооружений, к которым, в настоящее время, предъявляются повышенные требования из-за возросшей нагрузки от большого количества автомобилей, из-за массивности возводимых сооружений, где нужно учитывать нагрузку от самого здания и т.д. В связи с этим, строительное материаловедение ставит перед собой цель - разработать новые технологии получения бетона с повышенными эксплуатационными характеристиками при условии минимизации сырьевых, энергетических и трудовых затрат.
В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в строительстве является модифицирование бетонов посредством комплекса добавок, это позволяет получить бетон с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками. Одним из таких комплексов добавок, применение которого дает возможность получить качественный строительный материал, является дисперсия акриловая и отходы промышленного производства - микрокремнезем.
В России отходы кремниевого производства стали рассматривать в качестве потенциального сырья сравнительно недавно, в то время как за рубежом они успешно применяются уже 45 лет. Россия располагает большими объемами отходов кремниевого производства, которые нигде не используются, несмотря на положительные свойства, которые приобретает бетон после введения микрокремнезема.
Модифицирование структуры цементного камня посредством микросилики из отходов кремниевого производства и дисперсии акриловой позволит интенсифицировать гидратацию вяжущего, сократить расход цемента и повысить прочностные характеристики конечного продукта, по сравнению с традиционными бетонными смесями.
Известна сырьевая смесь для изготовления бетона, состоящая из портландцемента, нанодисперной добавки, песка и воды (Пуценко К.Н. Балабанов В.Б., Мункхтувшин Д., «Опыт применения добавок микро- и наносилики из отходов кремниевого производства в бетонных технологиях», Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. Т. 7. №3 (22). С.107-115.; Balabanov V.B., Putsenko K.N., «Comparative analysis of the principal characteristics of microsilica obtained from silicon manufacture wastes and used in concrete production technologies», В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Сер. "International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety, ICCATS 2017" 2017. С.012011.).
Общими признаками является использование в составе бетона нанодисперсной добавки - микрокремнезема и технический результат, направленный на увеличение прочности бетона на сжатие и изгиб в возрасте 28 суток, повышение долговечности и морозостойкости.
Недостатком данной сырьевой смеси для изготовления мелкозернистого бетона является невысокая прочность на сжатие в возрасте 28 суток и высокая вероятность снижения долговечности конструкций вследствие снижения водопотребности за счет использования нанодисперсного материала - микрокремнезема. В связи с этим, было выявлено, что эффект достигается только при использовании суперпластфикатора (например С-3, СП-1).
Известна бетонная смесь (RU №2616205, МПК C04B 28/04, C04B 24/04, C04B 24/24, C04B 14/06, C04B 111/20, опубликован 13.04.2017), применяемая в строительной отрасли, которая находит применение при изготовлении наномодифицированных бетонов на основе потенциально реакционноспособных заполнителей для транспортного, промышленного и гражданского строительства. Бетон представляет собой смесь компонентов при следующем соотношении, мас. %:
Портландцемент
25,125-27,228
Песок фракции 5-2,5 мм
6,126-6,239
Песок фракции 2,5-1,25 мм
15,316-15,600
Песок фракции 1,25-0,63 мм
15,316-15,600
Песок фракции 0,63-0,315 мм
15,316-15,600
Песок фракции 0,315-0,16 мм
9,190-9,360
Вода
11,164-12,098
Суперпластификатор на основе эфиров Поликарбоксилатов
0,041-0,045
Указанная нанодобавка (микрокремнезем)
0,304-0,334
Общими признаками является использование в составе бетона нанодобавки - микрокремнезема и технический результат направлен на увеличение прочности бетона на сжатие в возрасте 28 суток и повышение его долговечности.
Недостатком указанной бетонной смеси является большой разбег пределов у портландцемента и микрокремнезема, что влияет на количество мелкого заполнителя. Использование более дорогой марки портландцемента М500 приводит к значительному удорожанию бетонной смеси.
Известна бетонная смесь (Заявка RU №96108140, МПК C04B 28/04, C04B 24/26, C04B 18/04, C04B 14/12, опубликована 20.07.1998), представляющая собой смесь цемента, стабилизированного дивинилстирольным латексом, керамзитового гравия, керамзитового песка и воды, отличающаяся тем, что она содержит молотую необожженную отработанную формовочную смесь и молотый ваграночный шлак при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Цемент
8,6-10,8
Стабилизированный дивинилстирольный латекс
2,5-5,4
Молотая необожженная формовочная смесь
5,9-7,6
Молотый ваграночный шлак
2,5-3,2
Керамзитовый гравий
31,8-37,7
Керамзитовый песок
28,2-33,3
Вода
Остальное
Общим признаком является использование в составе бетона полимера - латекса.
Недостатками указанной бетонной смеси являются отсутствие указанной области применения и физико-механических характеристик полученного бетона.
Наиболее близкой по технической сущности является бетонная смесь (Заявка RU №2015124322, МПК C04B 28/04, опубликована 10.01.2017), которая относится к строительным материалам и может быть использована для изготовления изделий из наномодифицированного бетона как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Бетон представляет собой смесь следующих компонентов: портландцемент, заполнитель, минеральный микронаполнитель, микрокремнезем, негашеная известь, пластификатор, полимерная дисперсия и вода, отличающуюся тем, что содержит в качестве пластификатора поликарбоксилатные эфиры, в качестве полимеров - редиспергирующиеся порошки на поливинилацетатной или акриловой основе, в качестве заполнителя - смесь фракций кварцевого песка, обеспечивающую непрерывную гранулометрию с размерами частиц от 0,08 до 2,5 мм. Бетон представляет собой смесь компонентов при следующем соотношении, мас. %:
Портландцемент
29-33
Кварцевый песок, фр. 0,16÷0,315 мм
25-41
Кварцевый песок, фр. 0,315÷1,25 мм
10-26
Микрокремнезем МКУ 85
6-8
Микронаполнитель (Диабазит)
8-10
Известь негашеная
1-2
Пластификатор
1,4-2
Полимер
0,25-0,5
Вода
5,5-6,5
Общими признаками является использование в составе бетона нанодобавки - микрокремнезема, а также полимерной дисперсии, в качестве которой выступают редиспергирующиеся порошки на поливинилацетатной или акриловой основе.
Недостатком данной бетонной смеси является использование в общей массе большого количества портландцемента и сравнительно небольшого количества микрокремнезема, тем самым оказывая влияние на количество мелкого заполнителя. Использование более дорогих марок портландцемента может привести к значительному удорожанию бетонной смеси. Также, недостатком данной бетонной смеси является вероятность низких прочностных показателей и возникновение внутренней коррозии из-за использования суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов. Выбор оптимальной дозировки суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов с точки зрения улучшения физико-механических характеристик бетона не является достаточным условием высокой долговечности конструкции, так как существует вероятность возникновения щелочесиликатного геля в порах бетона и вокруг зерен заполнителя и, как следствие, расширения и растрескивания конструкции. (Сорвачева Ю.А., Петрова Т.М., Гибсон К., Федченко А.Л. Влияние суперпластификатора на основе поликарбоксилатов на щелочесиликатное расширение бетона. Строительные материалы. №5. - 2014, с. 15-21).
При выборе оптимального количества суперпластификатора на основе поликарбоксилатов необходимо оценивать не только их влияние на физико-механические характеристики бетона, такие как плотность, пористость, прочность, но и на возможное щелочесиликатное расширение бетона.
В результатах проведенных исследований прототипа не указана плотность, условия твердения, сроки схватывания, прочность (класс и марка) и морозостойкость получаемого бетона.
Технический результат заключается в повышении прочности, морозостойкости и качества бетона.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления мелкозернистого полимербетона, модифицированного микрокремнеземом, включающая портландцемент М500, нанодисперсную добавку, песок, полимер (латекс), воду, согласно изобретению, содержит в качестве нанодиспресной добавки - микрокремнезем МК-95, в качестве полимеров - дисперсию акриловую ВДСМ-КИ-01-01 (латекс), в качестве заполнителя - смесь фракций кварцевого песка с размерами частиц от 2,5 до 3,0 мм, а сырьевая смесь содержит компоненты в соотношении, мас. %:
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа, т.е. соответствует требованиям, предъявляемым к изобретению по критерию «новизна».
Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Для устранения указанных недостатков предлагается бетонная смесь, состоящая из портландцемента М500, нанодисперсной добавки, песка, полимера, воды, отличающаяся тем, что содержит в качестве нанодиспресной добавки - микрокремнезем МК-95, в качестве полимеров - дисперсию акриловую ВДСМ-КИ-01-01 (латекс), в качестве заполнителя - смесь фракций кварцевого песка с размерами частиц от 2,5 до 3,0 мм, а сырьевая смесь содержит компоненты в соотношении, мас. %:
Предпочтительно использование микрокремнезема конденсированного МК-95, г. Братск следующего состава:
Физические свойства микрокремнезема конденсированного МК-95
Перед использованием микрокрокремнезем МК-95 не подвергается дополнительным обработкам.
В качестве цемента использован портландцемент М500 Ангарского цементного завода, в качестве песка применялся кварцевый песок для строительных работ месторождения «Гора Хрустальная» (г. Екатеринбург).
В качестве пластифицирующей добавки использовали дисперсию акриловую В ДСМ-КИ-01 -01 (латекс) (г. Иркутск).
Ускорители твердения и воздухововлекающие добавки не применялись.
Способ приготовления бетонной смеси:
1. Песок тщательно перемешивается с цементом, затем добавляется микрокремнезем;
1. Латекс смешивается с водой, после чего вводится в семь и тщательно перемешивается;
На этом этапе смесь может считаться пригодной к использованию.
3. Смесь уплотняется на виброплащадке в течение 0,5-1,0 минуты.
Результаты проведенных испытаний представлены в таблице:
Сравнивая состав бетонной смеси по прототипу и предлагаемый состав бетонной смеси с добавлением микрокремнезема МК-95 и дисперсии акриловой ВДСМ-КИ-01-01 (латекс), себестоимость предлагаемой смеси ниже, чем у прототипа при сохранении всех требований ГОСТ ГОСТ 310.4-81, ГОСТ 310.3-81, ГОСТ 10181-2014 ГОСТ 10181-2014, ГОСТ 12730.1-78, ГОСТ 10180-2012, ГОСТ 10060-2012.
Кроме того, следует отметить, что применение такой бетонной смеси требует незначительной энергоемкости, сокращаются сроки строительства, материал морозостоек.