СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD FOR PREPARING CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам приготовления бетонных смесей для монолитного и сборного железобетона.
Известны способы приготовления бетонной смеси путем перемешивания компонентов смеси, а именно вяжущего вещества (портландцемент) и заполнителя (мелкий - песок, крупный - щебень), воды, добавок (пластифицирующих и аэрирующих веществ). Получение в результате затвердевания равномерно перемешанной и уплотненной смеси.
Известен способ приготовления бетонной смеси, включающий измельчение механическим воздействием смеси цемента с суперпластификатором и последующее ее перемешивание с заполнителями и водой (RU 2042653; C04B 28/02, 24/20; 1995). Измельчение осуществляют в мельнице с мелющими телами в виде стальных шаров, а приготовление бетонной смеси производят в бетоносмесителе в течение 2 мин.
Недостатком данного изобретения является невысокая эффективность, большие энергозатраты (на 1 кг от 30-120 Вт), неравномерное перемешивание компонентов смеси при совместном измельчении их в шаровой мельнице.
Известен способ приготовления бетонной смеси (RU 93050719 C04B 40/00; 1995), который заключается в том, что часть смеси-вяжущего (цемент) и часть мелкого наполнителя (песка) подают в вибрационную мельницу или мельницу с мелющими телами, где подвергают интенсивной механохимической обработке, а затем в смесителе смешивают с оставшейся частью мелкого наполнителя, водой и крупным заполнителем.
Недостатками этого способа приготовления бетонной смеси являются узкая сфера применения за счет ограниченной производительности и высоких энергозатрат из-за использования вибрационных мельниц.
Известен способ приготовления бетонной смеси (RU 2559236 С1, C04B 40/00, опубл. 2015), где предварительно 50% расчетного количества цемента перемешивается с водой затворения и суперпластификатором, а затем смесь подвергается механохимической активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 2 мин, с последующим перемешиванием оставшейся части цемента и заполнителя.
Недостатком этого способа является длительность процесса активации в роторно-пульсационном аппарате, высокие энергозатраты.
Наиболее близким по технической сущности к данному предложению является способ приготовления бетонной смеси (RU 2168486 C1, C04B 40/00, 2001), включающий измельчение механическим воздействием смеси цемента с суперпластификатором и последующее перемешивание ее с заполнителем и водой. Измельчение осуществляют при механическом воздействии 10-15 Вт на 1 кг обрабатываемой смеси в течение 120-300 с в аэродинамической помольной камере с коническим штоком и спиральными лопастями.
Недостатки этого способа - высокое энергопотребление, низкая производительность, длительность процесса механического воздействия, узкая сфера применения - преимущественно декоративная.
Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (за исключением силикатных бетонов). Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки твердения, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают усадочные деформации бетона при твердении. В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства. Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты.
Физические характеристики бетона, полученные этим способом, ограничиваются наибольшей крупностью заранее введенного заполнителя и содержанием слабых зерен в заполнителе по ГОСТ 8267. Превышение таких зерен влечет к снижению прочности бетона. Кроме того, прочность бетона при растяжении при изгибе, приготовленного по стандартной технологии, в 8-12 раз меньше прочности бетона на сжатие.
Техническая задача заключается в повышении прочности бетона на сжатие и прочности бетона на растяжение, повышение производительности приготовления бетонной смеси, расширении технологических возможностей за счет использования нестандартного заполнителя.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе приготовления бетонной смеси путем перемешивания в бетоносмесителе компонентов цемента, песка, щебня фракции 20-40 мм, добавок и воды, согласно изобретению сначала компоненты смеси перемешивают в бетоносмесителе в течение 15-20 с, после чего в течение 5-10 с смесь подвергают механической десегрегации в щековой дробилке до получения дробленого щебня следующего фракционного состава, %: 0-5 мм - 22,01-25,05, 5-10 мм - 23,76-43,34; 10-15 мм - 41,61-55,28, с последующим перемешиванием смеси в течение 15-20 с.
Предлагаемый способ отличается последовательностью операций, а также режимом десегрегации и перемешивания, а именно тем, что сначала компоненты смеси перемешивают в бетоносмесителе в течение 15-20 с, после чего в течение 5-10 с смесь подвергают механической десегрегации в щековой дробилке до получения дробленого щебня следующего фракционного состава, %: 0-5 мм - 22,01-25,05, 5-10 мм - 23,76-43,34; 10-15 мм - 41,61-55,28, с последующим перемешиванием смеси в течение 15-20 с.
Техническим результатом разработки предлагаемой технологии является:
1. Возможность использования однофракционных крупных нестандартных заполнителей для приготовления бетонной смеси. По ГОСТ 26633-2012 «Стандартные фракции крупного заполнителя» бетоны должны иметь непрерывную гранулометрию крупного заполнителя. В предлагаемой технологии допускается применять заполнитель с прерывистой гранулометрией, так как последующее дробление бетонной смеси выравнивает фракцию крупного заполнителя.
2. Возможность использования материалов разной прочности, в том числе материалов с большим содержанием слабых зерен, в качестве крупного заполнителя бетона.
3. Обеспечение возможности приготовления бетона с более мелким заполнителем с использованием гравитационных смесителей. (Гравитационные смесители более дешевые и отличаются более высокой производительностью.)
Исходная перемешанная незатвердевшая бетонная смесь участвует в процессе дробления, после чего происходит ее окончательное перемешивание.
Способ приготовления бетонной смеси производят следующим образом.
Для приготовления бетонной смеси использовали: портландцемент по ГОСТ 31103-2003; песок по ГОСТ 8736-93; щебень по ГОСТ 8267-93; пластификатор С-3 по ГОСТ 24211-2008; вода по ГОСТ 23732-2011.
Бетонную смесь перемешивают в бетоносмесителе в течение 15-20 с, 40% от установленного времени перемешивания для данной бетонной смеси.
3
Смесь помещают в дробилку ЩДС 180×250 непрерывного действия с производительностью в среднем 3-5 м/ ч и мощностью 7,5 кВт.
Дробилка щековая ЩДС 180×250 предназначена для дробления материалов с пределом прочности на сжатие до 250 МПа и может использоваться как самостоятельная единица, а также на передвижных дробильных установках (ПДУ). Через дробилку смесь проходит за 5-10 с, 20% установленного времени. После прохождения смеси через дробилку смесь повторно перемешивают в бетоносмесителе в течение 15-20 с, 40% от установленного времени перемешивания для данной бетонной смеси.
Для приготовления бетонной смеси использовали компоненты в следующих соотношениях (масс. %):
3
3
3
3
Первый опытный замес: портландцемент (марки ПЦ 500 Д0, Новороссийского цементного завода Пролетарий (плотность 3100 кг/м): 14.11 масс. %; песок (плотность 2620 кг/м) 30,71 масс. %; щебень фракции 20-40 мм (плотность 2630 кг/м) 48,34 масс. %; пластификатор С-3 0,6% от массы цемента: 0,085 масс. %; вода (плотность 1000 кг/м) - 6,755 масс. %.
3
3
3
3
3
3
Второй опытный замес: портландцемент (марки ПЦ 500 Д0, Новороссийского цементного завода Пролетарий (плотность 3100 кг/м): 14,17 масс. %; песок (плотность 2620 кг/м) 30,84 масс. %; щебень гранитный фракции 20-40 мм - прочностью М1200 (плотность 2630 кг/м) 24,17 масс. %; щебень известняковый фракции 20-40 мм - прочностью М400 (плотность 2600 кг/м) 23,96 масс. %; пластификатор С-3 0,6% от массы цемента 0,085 масс. %; вода (плотность 1000 кг/м) - 6,775 масс. %. Объем опытного замеса составлял 80 литров (0,08 м). По окончании были сделаны следующие образцы: кубы размером 15×15×15 см - 6 шт., и балки размером 15-15×60 см - 3 шт. Через 28 сут были проведены механические испытания по ГОСТ 18105-86. Результаты испытаний сведены в таблицу. В результате предлагаемого режима перемешивания бетонной смеси и ее десегрегации в щековой дробилке повышаются прочностные показатели бетона на сжатие на 12-15%, на растяжение при изгибе на 23-34% и появляется возможность использования разнопрочностных заполнителей (заполнителей с большим содержанием слабых зерен) с повышением прочности на сжатие на 25-28%, на растяжение при изгибе на 26-32%.