СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD FOR PREPARATION OF CONCRETE MIX

Изобретение относится к приготовлению бетонных смесей для монолитных изделий и сборного железобетона с использованием механически активированной цементной пульпы для строительных конструкций из монолитного бетона и изготовления сборного железобетона.
Известен способ приготовления бетонной смеси /1/, согласно которому в смесителях принудительного или гравитационного действия осуществляют двухстадийное перемешивание компонентов, включающее предварительное перемешивание песка и щебня с 40-60% воды затворения в течение 3-4 мин и добавки 40-45% раствора пластификатора в количестве 5-9% от массы цемента, последующее добавление цемента и дополнительное перемешивание с введением оставшейся части воды затворения (Патент РФ №2028279, С04В 28/04, С04В 40/00. БИ №4, 1995 г.).
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает необходимой удобоукладываемости бетонной смеси и требуемой прочности на сжатие и раскалывание, а также требует завышенного расхода цемента.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ /2/, включающий предварительное перемешивание заполнителей с частью воды затворения и добавкой, с последующим введением цемента и остальной части воды затворения. Предварительное перемешивание осуществляют в течение 2-2,5 мин с заполнителями с 70-80% воды затворения, в качестве добавки используют 2-5% от массы цемента нитратнитритную щелочную воду, а дополнительное перемешивание всех компонентов осуществляют в течение 1 мин.
Недостатком данного способа является то, что он требует существенных материальных затрат на предварительное обследование и подготовку золошлаковых отходов. Это задерживает практическую реализацию изобретения (Патент РФ №2158719, С04В 40/00, С04В 22/08. БИ №31, 2000 г.).
Техническим результатом, достигнутым настоящим изобретением, является снижение расхода портландцемента, повышение удобоукладываемости и увеличение прочности на сжатие и растяжение.
Данный технический результат достигается тем, что в способе, включающем механическую активацию воды затворения с добавкой нитратно-щелочной воды в течение одной минуты и механическую активацию цемента с 60-70% механически активированной водой затворения в бетоносмесителях в течение 2 минут, с последующим перемешиванием с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения в течение 1,5-2 минут.
Прочность бетона на растяжение повышается за счет увеличения сцепления цементного камня с поверхностью частиц песка и щебня. Это объясняется тем, что цементные зерна, подчиняясь законам молекулярного притяжения, стремятся объединиться в более крупные частицы. Распределение воды внутри таких частиц и между ними отличается большой неравномерностью. Повышение равномерности распределения воды в цементе и разъединение слипшихся частиц в процессе механической активации приводит к образованию более однородной коагуляционной структуры, обеспечивающей улучшение технологических свойств бетонной смеси и более высокое качество затвердевшего бетона.
3
3
3
3
По предложенному способу смесь готовится в три стадии. На первой стадии проводится механохимическая активация (1100 об/мин) воды затворения с добавкой нитратнитрино-щелочной воды в количестве 1-2% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки в течение одной минуты. На второй стадии загружается портландцемент марки М 500 (240 кг/м) с частью воды затворения (от 60% до 70% от общего ее расхода воды 150 кг/м) и проводится механохимическая активация водоцементного раствора в течение 1,5-2 мин. На третьей стадии в смеситель загружается щебень 1300 кг/м, песок 692 кг/м и оставшаяся часть воды затворения. Перемешивается в течение двух минут.
3
3
3
2
Предложенный способ апробировался в условиях стройлаборатории (Аттестат об аккредитации №05.18.2067 от 20.10.2006 г.). В качестве вяжущего ингредиента использовался портландцемент марки ПЦ 500 Д 20 Б Новороссийского цементного завода «Пролетарий». В качестве крупного заполнителя использовался щебень фракции 5-20 мм с насыпной плотностью ρ, равной 1465 кг/м, испытания которого проводились в соответствии с ГОСТ 8269.0-97 (Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний). Мелким заполнителем служит крупнозернистый песок Краснодарского месторождения с модулем крупности Мкр-2.6 и насыпной плотностью ρ, равной 1730 кг/м. Испытания песка проводились согласно ГОСТ 8735-88 (Песок для строительных работ. Методы испытаний). Для затворения бетонной смеси используется водопроводная вода (ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. Технические условия). В качестве добавки применяется нитратнитритно-щелочной отход катализаторного производства Новочеркасского завода синтетических продуктов, содержащий массу в процентном соотношении: 25% нитрата натрия (NaNO), 9% нитрита натрия (NaNO) и 6% едкого натра (NaOH), остальные 60% - вода.
Для определения прочности на растяжение проводились испытания опытных образцов кубов с ребром 100 мм в возрасте 28 суток нормального твердения методом раскалывания в положении «на ребро» по ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Для получения сравнительных данных бетонная смесь готовится обычным двухстадийным способом согласно патенту |2|, а также по предложенному способу.
В изобретении исследуют три опытных варианта образцов бетонной смеси (способ 1, 2 и 3).
3
В качестве исходного принимаем состав №1 тяжелого бетона класса В-15 с расходом материалов в кг/м: цемент (марки М-500) - 300, песок с Мкр-2,6 - 813, щебень фракции 5-20 мм - 1216; вода - 210. Механохимическая активация не проводилась. Осадка конуса составляет 12 см, В/Ц (водоцементное отношение) - 0,7.
3
В отличие от исходного состава, во втором варианте (состав №2), количество цемента уменьшено на 20%. Расход материалов для получения бетона класса В-15, в кг/м, был принят следующий: цемент - 240, песок с фракцией Мкр-2,6 - 692, щебень фракции 5-20 мм - 1300; вода - 160. Добавка нитратнитритно-щелочной воды в количестве 5% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки. Механохимическая активация проводилась при 900 об/мин в механохимическом активаторе (марки М-500). Осадка конуса - 14 см, В/Ц - 0,66.
3
Предложенный состав №3 тяжелого бетона класса В-15 предусматривает следующий расход материалов в кг/м: цемент - 240, песок с Мкр-2,6 - 692, щебень фракции 5-20 мм - 1300; вода - 150. Добавка нитратнитритно-щелочной воды в количестве 2% от массы цемента в расчете на безводное вещество добавки. Механохимическую активацию проводили при 1100 об/мин в механохимическом активаторе. Осадка конуса - 15 см, В/Ц - 0,63.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Проведенные испытания позволяют установить, что приготовление бетонной смеси по предложенному способу, заключающемуся в механохимической активации воды затворения с добавкой нитратнитритно-щелочной воды в количестве 1-2% от массы цемента в течение 1 мин, механохимической активации цементной пульпы, содержащей 60-70% предварительно активированной воды затворения в течение 1,5-2 мин, и последующим перемешиванием в смесителе с песком, щебнем и оставшейся частью активированной воды затворения в течение двух минут, позволяет снизить количество цемента на 20%, повысить удобоукладываемость и прочность на сжатие и растяжение.
Таблица 1 - Результаты испытаний пробных кубов
№ п/п
Режим хранения
Осадка конуса, см
Объемная масса, г·см<sup>3</sup>
Результаты испытаний в возрасте 28 сут
предел прочности на сжатие, МПа/%
предел прочности на растяжение, МПа/%
Состав №1 (одностадийный без добавки)
1
Паропрогрев в ямной камере на полигоне
12
2500
22,85
4,13
2
2460
23,35
4,11
3
2510
22,37
4,12
Среднее значение:
2490,0
22,86/100
4,12/100
Состав №2 (подготовка воды затворения и цементно-песчаной смеси при 900 об/мин с 5% добавкой ННЩВ)
1
Паропрогрев в ямной камере на полигоне
14
2430
29,81
6,86
2
2500
30,80
6,37
3
2520
30,02
6,69
Среднее значение:
2483,3
30,21/132
6,64/161
Состав №3 (подготовка воды затворения и цементно-песчанной смеси при 1100 об/мин с 2% добавкой ННЩВ)
1
Паропрогрев в ямной камере на полигоне
15
2450
31,45
7,45
2
2470
32,78
7,61
3
2420
33,10
7,52
Среднее значение:
2446,7
32,44/142
7,53/183