Способ производства бетонной смеси
METHOD FOR PRODUCTION OF CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении бетонной смеси.
Из уровня техники известно использование дробленого или струганого льда, как части воды затворения, с целью снижения температуры бетонной смеси (Руководство по производству бетонных работ в условиях жаркого климата, Москва, Стройиздат, 1977, п. 3.39)
Недостатком данного способа является неравномерное распределение льда в бетонной смеси, что приводит к понижению сохранности смеси, увеличению вероятности образования трещин в процессе твердения бетона.
Также известно использование жидкого льда при замешивании бетона (Информационные материалы по технологии жидкого льда (Livelce™), Москва, 2011, с. 2, 6, 11, 12), однако в данном источнике информации отсутствует описание способа производства бетонной смеси с использованием перекачиваемого льда.
Из уровня техники также известно "Устройство для производства бетонной смеси" (патент РФ на изобретение №2721553), позволяющее производить бетонную смесь путем смешивания цемента, заполнителей, воды и перекачиваемого льда, однако в описании данного изобретения отсутствует раскрытие процесса производства бетонной смеси.
Технический результат заявленного изобретения заключается в понижении температуры смеси в процессе транспортировки и бетонирования, повышении сохранности смеси, уменьшении вероятности образования трещин в процессе твердения бетона.
Технический результат достигается следующим образом.
Вначале в емкость для смешивания компонентов бетонной смеси добавляется перекачиваемый лед в объеме 30-50% от расчетной массовой доли воды затворения бетонной смеси. Далее в данную емкость добавляются остальные твердые компоненты бетонной смеси (цемент, песок, щебень). Также на данном этапе могут быть добавлены иные минеральные и органические добавки, предусмотренные составом бетонной смеси (например пуццолановые добавки, пластификаторы, ускорители, замедлители, поверхностно-активные добавки).
Смесь перемешивается 5-10 минут.
Далее в емкость для смешивания компонентов бетонной смеси добавляется оставшийся перекачиваемый лед (50-70% от расчетной массовой доли воды затворения). После чего смесь перемешивается 5-10 минут.
Оставшийся перекачиваемый лед может добавляться постепенно в процессе смешивания компонентов.
В зависимости от рецептуры бетонной смеси и процентного соотношения кристаллов льда и жидкой водной фазы в перекачиваемом льде, в процессе смешивания компонентов может добавляться вода.
Такой способ приготовления бетонной смеси позволяет добиться более равномерного распределения перекачиваемого льда в бетонной смеси, что позволит существенно снизить температуру бетонной смеси на выходе из смесителя и замедлить процесс гидратации цемента на ранних стадиях протекания реакции. При этом использование перекачиваемого льда вместо обычного льда, позволяет добиться лучшей однородности бетонной смеси за счет соответствующих реологических свойств перекачиваемого льда.
Перекачиваемый лед - это, как правило, суспензия, состоящая из кристаллов льда размерами от 5 до 10 000 микрон (в зависимости от способа производства) и жидкой водной фазы.
В качестве твердой фазы перекачиваемого льда может использоваться мелкодисперсный лед, полученный из чешуйчатого, пластинчатого, трубчатого, скорлупчатого, кубикового или другого льда.
В составе перекачиваемого льда может присутствовать соль или смесь раствора солей (например хлорид натрия, хлорид меди).
В качестве перекачиваемого льда может использоваться "бинарный лед". "Бинарный лед" представляет собой смесь морской или соленой воды и кристаллов льда размером от 5 до 50 микрон.
При концентрации мелкодисперсного льда до 40% перекачиваемый лед легко перекачивается по трубам, при этом может использоваться обычный водяной насос. Движение льда подчиняется законам движения «ньютоновских» жидкостей, с вязкостью незначительно отличающейся от вязкости воды. Поэтому энергозатраты на перемещения перекачиваемого льда при концентрации льда до 40% не значительно отличаются от энергозатрат на перемещение воды.
«Эффективная теплоемкость» перекачиваемого льда при нагреве до 5°С и концентрации 30% составляет 130 кДж/кг, тогда как для воды этот же показатель составит 20 кДж/кг.
Использования перекачиваемого льда позволяет снизить температуру бетонной смеси, а так же обеспечить внутренний уход за бетоном на ранней стадии твердения, за счет равномерного распределения льда внутри бетонного массива бетонируемой конструкции.
Использование перекачиваемого льда обусловлено возможностью подавать лед непосредственно в устройство для перемешивания смеси с использованием трубопровода.
Кроме того, желеобразное, мелкодисперсное, состояние перекачиваемого льда позволят увеличивает эффективность смешивая компонентов бетонной смеси и не приводит к возникновению дефектов микроструктуры бетона, возникающих при замерзании жидкой фазы в процессе твердения.
Пример реализации способа.
Для реализации способа был выбран следующий состав бетонной смеси (таблица 1).
Вначале в емкость для смешивания компонентов бетонной смеси добавляется перекачиваемый лед в объеме 37% от расчетной массовой доли воды затворения бетонной смеси. Далее в данную емкость добавляются цемент, песок и щебень. Смесь перемешивается 7 минут.
Далее в емкость для смешивания компонентов бетонной смеси добавляется оставшийся перекачиваемый лед (63% от расчетной массовой доли воды затворения). После чего смесь перемешивается 10 минут.
При прочих аналогичных качественных характеристиках получаемого бетона, приготовление бетонной смеси с температурой +10°С или +5°С на выходе (обеспеченной использованием перекачиваемого льда) позволяет снизить интенсивность тепловыделения цемента в бетоне на 60% по сравнению с использованием в качестве затворителя воды и обычного льда в первые 12-24 часа твердения бетона, что способствует формированию качественной структуры бетона и, как следствие, повышению эксплуатационных свойств бетона.
При сравнении прочностных характеристик образцов бетона, полученных из бетонных смесей с температурой +5°С на выходе, обеспеченной введением обычного льда и перекачиваемого льда наблюдается заметно менее интенсивное тепловыделение в образцах, затворенных перекачиваемым льдом, при этом более низкая прочность на сжатие наблюдается у образцов, затворенных водой с обычным льдом, по сравнению с образцами, затворенными перекачиваемым льдом, по достижении проектного срока в 28 суток.
Морозостойкость образцов бетона, полученных с использованием обычного льда ,соответствует марке не ниже F150, образцов бетона, полученных с использованием перекачиваемого льда - марке F 200.
Водопоглощение бетона затворенного водой с обычным льдом (5,5%) выше по отношению к бетону, затворенному перекачиваемым льдом (5,0%), что отрицательно сказывается на физико-механических характеристиках и морозостойкости бетонов затворенных водой и обычным льдом.
Водонепроницаемость бетона, затворенного перекачиваемым льдом, в возрасте 28 суток повышается до W14, по сравнению с бетоном, затворенного водой с обычным льдом (W12).
Полученные результаты испытаний бетона позволяют утверждать что использование перекачиваемого льда в качестве затворителя бетонной смеси при температуре +10°С и +5°С, повышает физико-механических характеристик бетонов, способствует увеличению подвижности бетонной смеси за счет снижения температуры, а также уменьшению интенсивности тепловыделения в процессе гидратации и, следовательно, термонапряженного состояния бетона в конструкциях.
Применение в качестве затворителя перекачиваемого льда позволяет исключить добавление воды во время затворения бетонной смеси и приводит к увеличению подвижности (удобоукладываемости) бетонной смеси на одну-две марки за счет снижения температуры выхода бетонной смеси.