Высокопрочный мелкозернистый бетон на основе композиционного вяжущего с использованием техногенного материала
HIGH-STRENGTH FINE-GRAINED CONCRETE BASED ON COMPOSITE BINDER USING TECHNOGENIC MATERIAL

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к сырьевой смеси для приготовления высокопрочного мелкозернистого бетона с использованием техногенного материала бетонного лома разрушенных зданий в Ираке, и может быть использовано для изготовления элементов каркаса зданий и сооружений из высокопрочного мелкозернистого бетона, как в гражданском, так и в промышленном строительстве.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона, содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, пластифицирующую добавку и воду [Ю.М. Баженов. Технология бетона. Учебник. / Ю.М. Баженов. - М.: Изд-во АСВ, 2002 г., с. 376-377].
К основным недостаткам сырьевой смеси для высокопрочного бетона с пластифицирующей добавкой относится высокий расход портландцемента и высокое водопоглощение, так как используемые заполнители имеют более крупную фракцию, из-за этого полученный материал имеет повышенную пористость.
2
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является Высокопрочный мелкозернистый бетон на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала [RU 2625410, опубликовано 13.07.2017, бюллетень №20], который содержит портландцемент, активную добавку, наполнитель, заполнитель, пластифицирующую добавку и воду; в качестве активной добавки (Многофункциональная добавка) используется глиноземистый цемент и микрокремнезем; в качестве наполнителя - техногенный материал шамот с удельной поверхностью 450-500 м/кг; в качестве заполнителя - кварцевый песок фракции 0,63-1,25 мм и отсев дробления кварцитопесчаника фракции 1,25 мм; в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F и воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: портландцемент - 20,0-21,0, глиноземистый цемент - 2,0-2,1, микрокремнезем - 2,0, техногенный материал шамот - 0,7-1,7, кварцевый песок - 20,5-21,5, отсев дробления кварцитопесчаника - 46,5-47,5, гиперпластификатор Melflux 2651 F- 0,2, вода - остальное.
Основным недостатком данной сырьевой смеси является высокое водопоглощение и низкая прочность, так как используемые заполнители имеют более крупную фракцию, полученный материал имеет низкую плотность.
Изобретение направлено на получение высокопрочного мелкозернистого бетонана основе композиционного вяжущего с высокими  показателями по прочности и низким водопоглощением, при использовании техногенных материалов – бетонного лома и отсева дробления кварцитопесчаника . В результате наблюдается повышение долговечности и надежности конструкций за счет обеспечения стойкости к эксплуатационным и климатическим воздействиям.
2
2
2
Это достигается тем, что высокопрочный мелкозернистый бетон на основе композиционного вяжущего с использованием техногенного материала, включает портландцемент, активную (многофункциональную) добавку, заполнитель и воду, в качестве активной добавки используется порошковый модификатор, состоящий из смеси глиноземистого цемента, микрокремнезема, тонкомолотого бетонного лома с удельной поверхностью 500 м/кг, кристаллического кварца с удельной поверхностью 500 м/кг, известняка с удельной поверхностью 500 м/кг и пластифицирующей добавки Melflux 2651F; в качестве заполнителя используются техногенные материалы бетонный лом фракции 0,315-2,5 мм и отсев дробления кварцитопесчаника фракции 0,315-1,25 мм  при следующем соотношении компонентов, масс. %:
-портландцемент – 27,0-29,8
- глиноземистый цемент – 2,5 -2,7
- микрокремнезём – 7 - 7,2
- тонкомолотый бетонный лом – 14 - 16,0
- тонкомолотый кристаллический кварц 1,6 -1,8
- тонкомолотый известняк – 2,6 - 2,8
- гиперпластификатор Melflux 2651F – 0,7 - 0,9
- отсев дробления кварцитопесчаника – 20,2 - 20,2
- дробленый бетонный лом – 13,6 - 13,9
- вода - остальное
Характеристики компонентов высокопрочного мелкозернистого бетона.
Композиционное вяжущее:
- портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н соответствует ГОСТ 10178-85;
- в качестве многофункциональной добавки применяется порошковый модификатор и пластифицирующая добавка - гиперпластификатор Melflux 2651 F (Производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия)) - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата, [http://www.slimstone.ru/color.html от 22. 03. 2017 (13:35:18)].
Порошковый модификатор включает:
- глиноземистый цемент марки ГЦ 40 по ГОСТ 969-91,
-микрокремнезем, соответствующий требованиям ТУ 5743-048-02495332-96,
2
- кристаллический кварц с удельной поверхностью Sуд=500 м/кг соответствует ГОСТ 2138-91,
2
- известняк с удельной поверхностью Sуд=500 м/кг соответствует ГОСТ 9179-2018,
2
- тонкомолотый бетонный лом с удельной поверхностью Sуд=500 м/кг, сырьём которого являются обломки различных разрушенных зданий и сооружений, например Республики Ирак, города Эр-рамади, провинции Анбар.
Заполнитель:
- отсев дробления кварцитопесчаника  ГОСТ 8267-93, например Лебединского ГОКа,  фракции 0,315-1,25 мм;
- дробленый бетонный лом фракции, сырьем которого являются обломки различных разрушенных зданий и сооружений, например Республики Ирак, города Эр-рамади, провинции Анбар.
Вода для бетонов и строительных растворов соответствует требованию ГОСТ 23732-79.
Было изготовлено несколько составов предлагаемого высокопрочного мелкозернистого бетона.
Пример исполнения изобретения показан на составе №3 представленном в таблице 1.
2
Кристаллический кварц, известняк и часть бетонного лома измельчали в шаровой мельнице до удельной поверхности Sуд=500 м/кг. Все сухие компоненты дозировали весовым методом.
1-я стадия технологического процесса
– приготовление композиционного вяжущего (КВ) в сухом виде, для этого:
уд
уд
2
2
– отдозированные взвешиванием компоненты порошкового модификатора: глинозёмистый цемент – 58,9 кг (2,7 %); микрокремнезём – 157 кг (7,2 %), тонкомолотый бетонный лом – 348,8 кг (16,0 %); тонкомолотый кристаллический кварц – 39,2 кг (1,8 %); тонкомолотый известняк – 61 кг (2,8 %) измельчали раздельно в вибрационной мельнице до порошкообразного состояния с удельной поверхностью S = 500 м/кг каждый. Портландцемент использовали с заводской тонкостью помола S  = 280 м/кг. После этого отдельно смешивали в шаровой мельнице портландцемент – 588,6 кг (27 %) с гиперпластификатором Melflux 2651F – 19,6 кг (0,9%).
Затем в бетоносмеситель принудительного действия помещали все компоненты композиционного вяжущего и перемешивали для придания однородности смеси в течение 2 минут.
2-я стадия технологического процесса
– приготовление бетонной смеси высокопрочного мелкозернистого бетона, для этого:
– отдозированное взвешиванием количество мелкого заполнителя, состоящего из отсева дробления кварцитопесчаника – 440,4 кг (20,2%) и дробленого бетонного лома – 303 кг (13,9 %) помещали в бетоносмеситель и перемешивали в течение 1 минуты. После чего туда же добавляли тщательно перемешанную и однородную смесь КВ, и перемешивали ещё 3 минуты. К полученной сухой однородной смеси в бетоносмеситель добавляли 163,5 (7,5 %) л воды (В/Ц = 0,28) и перемешивали ещё 3 минут для получения однородной бетонной смеси.
3-я стадия технологического процесса
– изготовление опытных бетонных образцов высокопрочного мелкозернистого бетона, для этого:
– формовали образцы-кубы размером 100х100х100 мм путём заполнения стандартных форм 2ФК-100 по ГОСТ 10181-2014. Образцы в формах выдерживали в течение 12 часов, после чего производили распалубку, и помещали образцы в камеру нормального твердения с температурой 20±2°С и относительной влажностью воздуха 95±5% на 28 суток. По истечении нормативного срока образцы испытывали на прочность в соответствии с ГОСТ 10180 и определяли водопоглощение по ГОСТ 12730.3-78. Результаты испытаний представлены в таблице 1.
№ п/п
Содержание компонентов, масс. %
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, МПа
Водопогло-щение, %
Композиционное вяжущее
Заполнитель
Наполнитель
Вода
Портландцемент
Многофункциональная добавка
Порошковый модификатор
Пластифициру-ющая добавка
Глиноземистый цемент
Микрокремне-зём
Тонкомолотый бетонный лом
Тонкомолотый кристалличес-кий кварц
Тонкомолотый известняк
Гиперпластификатор Melflux 2651 F
Кварцевый песок
Отсев дробления кварцитопесчанника
Дробленый бетонный лом
Техногенный материал шамот
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Прототип
20-21
2-2,1
2,0
-
-
-
0,2
20,5-21,5
46,5 -47,5
-
0,7-1,7
остальное
80-81,5
0,80
1
29,8
2,5
7,0
14,0
1,6
2,6
0,7
-
20,0
13,7
-
остальное
81,6
0,67
2
28,5
2,6
7,1
15,0
1,7
2,7
0,8
-
20,1
13,6
-
остальное
82,0
0,64
3
27,0
2,7
7,2
16,0
1,8
2,8
0,9
-
20,2
13,9
-
остальное
83,1
0,61
Таблица 1
Состав и свойства мелкозернистого бетона на основе композиционного вяжущего с использованием техногенного материала
Все образцы показали высокие результаты по прочности (класс по прочности В80) и низкое водопоглощение (0,61-0,67 %). Поэтому эти составы выбраны оптимальными для производства высокопрочного мелкозернистого бетона на основе композиционного вяжущего с применением техногенного материала.
Тонкий помол бетонного лома способствует разрушению содержащегося в нём цементного камня и снижает межзерновую пустотность в структуре бетона.
Мелкозернистый бетон на композиционном вяжущем с использованием техногенного материала  имеет характеристики, которые превосходят свойства прототипа, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования (кристаллизация новообразований - гидросиликатов и гидроалюминатов кальция). Такой бетон имеет минимальную пористость, высокую плотность и морозостойкость.
Полученный мелкозернистый бетон с использованием техногенного материала  удовлетворяет всем поставленным задачам, была повышена прочность и снижено водопоглощение. Главным преимуществом полученного бетона является применение техногенного материала, что сокращает расход природных ресурсов и выполняет важную современную задачу – преобразование строительных отходов в качественные строительные материалы.
Изобретение направлено на получение высокопрочного мелкозернистого бетонана основе композиционного вяжущего с высокими  показателями по прочности и низким водопоглощением, при использовании техногенных материалов – бетонного лома различных разрушенных зданий и сооружений и отсева дробления кварцитопесчаника. В результате наблюдается повышение долговечности и надежности конструкций за счет обеспечения стойкости к эксплуатационным и климатическим воздействиям.