СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ
DRY CONSTRUCTION MIXTURE

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к многокомпонентным сухим строительным смесям, и может быть использовано при создании тонкой армированной оболочки объемных бетонных блоков, используемых в объемно-блочном домостроении, в том числе при ремонте поверхности объемных бетонных блоков, плит перекрытия, несущего каркаса и т.п.
Из существующего уровня техники в области строительных материалов первым аналогом служит смесь, на основе которой используется раствор для восстановления расшивки дорожного покрытия, включающая минеральное вяжущее, песок, щебень, добавку, ускоритель твердения на основе цемента (Патент DE №19848437, МПК E01C 23/09, публ. 04.05.2000 г. Бюл. «Изобретения стран мира» вып.57 №5/2001, стр.3 (аналог 1).
Недостатками данного изобретения являются высокая стоимость тонкомолотого цемента, недостаточная прочность бетона, изготовленного из указанной смеси, на растяжение и сжатие.
Известна сухая строительная смесь «Прогресс-II», включающая портландцемент, песок, минеральную расширяющую добавку, ускоритель твердения (см. Патент РФ на изобретение №2144908, МПК C04B 28/02, публ. 27.01.2000 г. Бюл. №3 (аналог 2)).
Недостатками указанного аналога являются низкие прочностные характеристики и недостаточная адгезионная способность по отношению к восстанавливаемой бетонной поверхности.
Известна так же сухая строительная смесь, содержащая в своем составе минеральное вяжущее на основе портландцемента, песок, суперпластификатор С-3, ускоритель твердения (см. Патент РФ на изобретение №2259964, МПК C04B 28/02 // C04B 111:20, публ. 10.09.2005 г. Бюл. №25 (аналог 3)).
Недостатком данного аналога является низкая прочность при сжатии и растяжении за счет отсутствия в ней армирующей составляющей, что сдерживает практическую реализацию изобретения.
Прототипом заявленного изобретения служит сухая строительная смесь для ремонтно-восстановительных работ несущих бетонных и железобетонных конструкций, включающая щебень, песок, минеральное вяжущее, суперпластификатор С-3, сверхбыстротвердеющий цемент на основе сульфоалюмината кальция и стальную фибру (см. Патент РФ на изобретение №2369575, МПК C04B 28/04, публ. 10.10.2009 г. Бюл. №7 (прототип)).
Недостатками прототипа являются отсутствие в составе смеси ингибитора коррозии стали, что приводит к снижению прочностных характеристик бетона, высокая стоимость сверхбыстротвердеющего цемента и недостаточная его распространенность в отдельных регионах, наличие в сухой смеси щебня, который не позволяет получить тонкую армированную оболочку объемного бетонного блока.
Задачей заявленного изобретения является создание сухой строительной смеси, которая может быть использована в условиях объемно-блочного домостроения при создании тонкой армированной оболочки объемных бетонных блоков, плит перекрытия, несущего каркаса, обладающей высокими адгезионными свойствами и повышенными прочностными характеристиками без излишнего удорожания, исключающей коррозию фибры в процессе эксплуатации изделия.
Решение поставленной задачи обеспечивается техническим результатом, достигнутым настоящим изобретением, который заключается в снижении расхода портландцемента, повышении адгезионных свойств, удобоукладываемости, увеличении прочности на сжатие и растяжение, исключением коррозии фибры в процессе эксплуатации изделия.
Данный технический результат достигается применением в сухой строительной смеси минерального вяжущего, природного кварцевого песка, отсева щебня, отличающейся тем, что в качестве составляющих компонентов она содержит комплексную добавку и отходы производства полипропиленовых волокон, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент - 19,65-18,7;
Природный кварцевый песок с Мк-1,82 - 43,0-37,0;
Отсев известнякового щебня фракции 0-5 мм - 37,0-44,0;
Комплексная добавка УП-4 - 0,15-0,1;
Отходы производства полипропиленовых волокон - 0,2.
Для приготовления сухой строительной смеси указанного состава используются:
- портландцемент ПЦ 500-Д20-Б, изготавливаемый ОАО «Новоросцемент», производство «Цементный завод «Пролетарий» ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-97;
- природный кварцевый песок с Мк-1,82 Орджинского карьера, ГОСТ 8267-93;
- отсев известнякового щебня фракции 0-5 мм, изготавливаемый ОАО «Архиповский карьер», ГОСТ 8736-93;
- комплексная добавка УП-4 на основе нейтрализованных низкомолекулярных продуктов реакции конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, изготавливаемая ООО «Форт», г. Новозыбков, ГОСТ 24211-2003, ТУ 5745-002-13453677-2004 (разработано НИИЖБ);
- отходы производства полипропиленовых волокон, длиной не более 5-7 мм, изготавливаемых компанией «Росфибра», г. Москва, ГОСТ Р 51626-2000.
В сухой смеси используется комплексная добавка УП-4, которая в диапазоне указанной пропорции 0,15-0,1 мас.% обеспечивает ускорение схватывания и твердения, дает более полную реакцию цемента, что позволяет уменьшить усадку, повышает удобоукладываемость и уменьшает расслаиваемость смеси, снижает водопотребность смеси и повышает конечную прочность. При этом механизм действия комплексной добавки обусловлен образованием на поверхностях частиц цемента и тонкодисперсной фракции заполнителей мономолекулярных адсорбционных оболочек, снижающих внутреннее трение. Кроме того, наблюдается и пептизирующее действие комплексной добавки, противодействующее образованию флоккул из цементных частиц в процессе гидратации. Явление пептизации цементных частиц приводит в свою очередь к увеличению удельной поверхности частиц и оказывает положительное влияние на интенсивность процессов гидратации и структурообразования цементного камня. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной (коагуляционной) стадии, указанная комплексная добавка изменяет реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры.
Использование отсева известнякового щебня в мас.% 37-43 позволяет создать скелет бетона, причем повышенные, по сравнению с гранитным щебнем, пористость и водопоглощение, обеспечивают эффективное использование вышеописанных характеристик комплексной добавки УП-4 и снижает стоимость сухой строительной смеси.
Применение природного кварцевого песка в мас.% 37-43 с Мк-1,82 обеспечивает оптимальную плотность упаковки зерен заполнителя.
Использование в качестве армирующего элемента отходы производства полипропиленовых волокон улучшает характеристики в первоначальный период набора прочности. Волокна, благодаря их специфической поверхности, способны поглотить силы растяжения во время усадки (энергия распределяется на миллионы волокон), что позволяет смеси развивать ее оптимальную долгосрочную прочность. В этом отношении полипропиленовое волокно благодаря своей обширной площади поверхности более эффективно, чем стальная сетка или стальная фибра. Волокно уменьшает выделение воды посредством более эффективного контроля гидратации, тем самым снижая внутренние нагрузки. Благодаря контролю за выходом воды на поверхность снижается образование трещин при пластическом оседании. Кроме того, отходы производства полипропиленовых волокон легко распределяется и перемешивается в цементных замесах и не наносит ущерба смешивающему и подающему раствор оборудованию.
Введение в состав сухой строительной смеси указанных выше компонентов в предложенных интервалах (табл.1), мас.%, позволяет обеспечить свойства смеси, представленные в табл.2.
Технология производства сухой строительной смеси включает дозировку готовых компонентов. Влажность сухой строительной смеси не должна превышать 0,1% по массе. Перемешивание и упаковка сухой строительной смеси производится на установке сухих смесей по стандартной технологии. Сухая строительная смесь упаковывается в бумажные мешки массой до 50 кг (ГОСТ 28013-98).
Сухая строительная смесь используется следующим способом.
На подготовительном этапе поверхность объемных бетонных блоков очищают, обеспыливают и обрабатывают с помощью кистей и щеток цементно-латексным клеем, который готовят с использованием стабилизированного бутадиенстирольного латекса СКС-65ГП Б. Используют следующий состав цементно-латексного клея (массовые части): портландцемент марки 500 - 1; латекс СКС-65ГП Б - 0,15-0,19; природный кварцевый песок с Мк-1,82 - 3; отходы производства полипропиленовых волокон - 0,2. Если используемый латекс не стабилизирован, вводят стабилизатор в количестве 0,025-0,03 частей по массе. Количество воды затворения определяют экспериментально, исходя из требуемой подвижности смеси. Для проверки совместимости латекса готовят латекс-цементное тесто с В/Ц=0,4 при соотношении латекс:цемент Л/Ц=0,1 (по сухому остатку). Если в течение 2 ч. в смеси не наблюдается коагуляции латекса, то латекс стабилизирован по отношению к цементу.
После очистки, обеспыливания и нанесения цементно-латексного клея разрезают упаковку с сухой строительной смесью, приготавливают смесь путем затворения ее водой из расчета 80 г воды на 1 кг сухой строительной смеси, перемешивают и полученным раствором производят облицовку объемного бетонного блока не позднее чем через 25 мин после нанесения на поверхность объемного бетонного блока цементно-латексного клея и приготовления раствора.
Бетонный раствор из сухой строительной смеси приготавливают в бетономешалках, подавая требуемое количество воды. При этом в зависимости от производительности оборудования по изготовлению объемных бетонных блоков и требований заказчика варьируется портландцемент, заполнитель и комплексная добавка с различными значениями мас.% в заданных интервалах. Далее осуществляют тепловую обработку поверхности объемного бетонного блока.
Тепловая обработка осуществляется путем паропрогрева в ямной камере на полигоне.
Для испытаний изготавливают образцы-балочки.
Определение плотности бетона полученного из сухой строительной смеси осуществляется согласно требованиям ГОСТ 12730.1-78 методом гидростатического взвешивания на электронных весах с точностью до 0,1 г.
Испытание прочности на растяжение при изгибе для образцов-балочек 40×40×160 мм проводится в соответствие с требованиями ГОСТ 310.4-81 на испытательной машине ИМ-4а, а для образцов-балочек 70×70×280 мм по ГОСТ 10180-90 - на гидравлическом прессе ИП 100-1.
Для определения прочности на сжатие испытания проводятся на гидравлическом прессе ИП 1000.0 согласно ГОСТ 10180-90.
Усадочные деформации бетонной смеси определяются на образцах-балочках размером 40×40×160 мм с использованием оптического измерителя деформаций ИЗВ-1 (цена деления - 0,001 мм) согласно требованиям ГОСТ 24544-81.
Адгезионные свойства определяются по ГОСТ 10180-90.
Морозостойкость образцов определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 10060.0-95 и ГОСТ 10060.2-95.
Подвижность смеси оценивается по расплыву конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-81.
Зерновой состав природного кварцевого песка и отсева известнякового щебня определялся согласно требованиям ГОСТ 8735-88.
Сохраняемость удобоукладываемости бетонной смеси производится путем сравнительных испытаний по определению расплыва конуса по ГОСТ 310.4-81 сразу после ее приготовления и затем через 5, 10, 15…30 минут после начального определения. Оценка сохраняемости удобоукладываемости характеризовалась временем, при котором расплыв конуса затворенной водой строительной смеси уменьшается на 10% по сравнению с начальным определением.
Возможность осуществления заявляемой сухой строительной смеси подтверждается использованием в ней широкодоступных компонентов, которые обладают оптимальным набором свойств, обеспечивающих ее использование в условиях объемно-блочного домостроения при создании тонкой армированной оболочки объемных бетонных блоков с высокими адгезионными свойствами и повышенными прочностными характеристиками без излишнего удорожания, исключающей коррозию фибры в процессе эксплуатации изделия.
Таблица 1
Составы исходных компонентов
Наименование компонентов
Составы, мас.%
прототип
по заявке
Портландцемент
8,75-13,75
19,65
19,18
18,70
Сверхбыстротвердеющий цемент
16,25-11,25
-
-
-
Песок крупности Мк-1,82
44,85
43
40,49
37
Щебень гранитовый
44,85
-
-
-
Отсев известнякового щебня фракции 0-5 мм
-
37
40
44
Суперпластификатор С-3
0,25
-
-
-
Комплексная добавка УП-4
-
0,15
0,125
0,1
Фибра стальная
4
Отходы производства полипропиленовых волокон
-
0,2
0,205
0,2
Таблица 2
Характеристики составов
Наименование компонентов
Составы
прототип
по заявке
1
2
3
4
5
Консистенция смеси (расплыв конуса), мм при заявленном расходе воды на 1 кг сухой смеси
120-130
140-150
140-150
140-150
Сохраняемость удобоукладываемости, мин не менее
20
20
25
30
Прочность на растяжение при изгибе, Мпа не менее:
в возрасте 2 ч.
4,5
4,53
4,27
4,23
4 ч.
5,0
5,41
5,08
4,49
6 ч.
6,0
6,64
6,36
6,30
1 сут.
7,5
8,10
8,05
8,00
28 сут.
10,5
11,48
11,42
11,42
Прочность на сжатие, Мпа не менее:
в возрасте 2 ч.
30
32,63
31,97
28,9
4 ч.
45
47,71
47,53
46,25
6 ч.
50
52,48
51,89
51,74
1 сут.
55
57,90
56,87
55,26
28 сут.
60
64,21
64,19
64,23
Прочность сцепления с бетоном, Мпа, не менее
в возрасте 6 ч.
1,2
1,67
1,68
1,67
1 сут.
1,8
2,53
2,45
2,40
28 сут.
2,5
3,89
3,86
3,85
Относительные усадочные деформации, мм/м не более
0,25
0,14
0,15
0,17
Морозостойкость, циклы не менее
200
200
200
200