Способ приготовления бетонной смеси
METHOD FOR PREPARING CONCRETE MIX

Изобретение относится к технологии приготовления бетонных смесей.
Известен многоступенчатый способ приготовления бетонной смеси (см. патент SU №1760981 С1, C04B 40/00, 07.09.92. Бюл. №33), согласно которому процесс приготовления бетонной смеси включает смешение в высокоскоростном турбулентном смесителе цемента, наполнителя, воды и комплексной добавки, содержащей суперпластификатор и электролит, затем полученную смесь смешивают с фракционированным песком в низкоскоростном смесителе. При этом используют три фракции песка с модулями крупности (Мк) 2,2-2,5; 1,0-1,5; 0,05-0,5. Способ обеспечивает высокие физико-механические свойства бетона, однако не может быть использован на действующих предприятиях без существенной реконструкции и технического перевооружения бетоносмесительного узла, связанных с большими инвестиционными вложениями.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является трехстадийный способ (см. патент RU 2361848 C2, C04B 40/00, 20.07.2009). Способ включает предварительную активацию воды затворения с добавкой нитратнитритно-щелочной воды (ННЩВ), являющейся отходом катализаторного производства. В качестве мелкого заполнителя, согласно данному способу, используется привозной мытый песок с Мк=2,6, а активацию воды затворения производят в механохимическом активаторе при 1100 об/мин. Способ обеспечивает повышение прочностных показателей бетона, повышение осадки конуса смеси с 12 до 14 см, а также возможность снижения расхода цемента на 20%.
Недостатками данного способа являются: использование для активации отхода катализаторного производства ННЩВ, не имеющего повсеместного распространения и требующего больших расходов на транспортировку по мере удаления от поставщика; применение в качестве мелкого заполнителя мытого кварцевого песка с Мк 2,6, в то время как на территории РФ преимущественно распространены месторождения мелких песков с Мк до 1,5; необходимость установки на действующих предприятиях высокоскоростного (1100 об/мин) активатора.
Сущность изобретения заключается в том, что способ приготовления бетонной смеси, включающий перемешивание заполнителей, цемента, пластифицирующей добавки и предварительно активированной воды, при этом предварительную активацию воды производят с использованием магнитного активатора, а перемешивание смеси осуществляют в две стадии: сначала в смеситель загружают 23-27% предварительно активированной воды, весь мелкий заполнитель, 60-70% крупного заполнителя, перемешивают их до получения полусухой смеси, затем добавляют к полученной смеси оставшуюся часть крупного заполнителя, цемент, пластифицирующую добавку, в качестве которой используют суперпластификатор ST5.0 комплексного действия на поликарбоксилатной основе производства ООО «СкайТрейд» с остальной водой и перемешивают их до получения однородной бетонной смеси требуемой удобоукладываемости.
Технический результат от применения предложенного изобретения заключается в упрощении технологии приготовления бетонной смеси; расширении сырьевой базы мелких заполнителей; повышении прочности бетона, обеспечивающей возможность снижения расхода цемента на 25%.
3
Указанный технический результат изобретения достигается за счет комплекса технологических мероприятий, включающего предварительную активацию воды затворения с использованием магнитного активатора и двухстадийное приготовление смеси. Рыночный ассортимент магнитных активаторов включает стационарные и съемные модели с диапазоном производительности от 0,15 до 90 м/ч. Выбор того или иного типа магнитного активатора зависит от конкретных условий предприятия. При двухстадийном приготовлении бетонной смеси, согласно изобретению, на первой стадии в смеситель загружают 23-27% активированной воды затворения, 60-70% щебня и 100% песка. Указанные компоненты перемешивают до получения однородной полусухой смеси. В процессе перемешивания загруженных на первой стадии компонентов, происходит физико-химическое взаимодействие поверхности зерен песка с активированной водой, в результате чего изменяются адгезионно-когезионные свойства мелкого заполнителя. Одновременно с этим зерна крупного заполнителя, соударяясь с мелкими песчинками, оказывают на них дефлокулирующее воздействие. В конечном счете, это приводит к улучшению сцепления цементного камня с заполнителем, в результате чего повышается прочность бетона и появляется возможность снижения расхода цемента.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Для приготовления бетонной смеси используют портландцемент марки ПЦ 500 Д0 Себряковского завода; рядовой кварцевый песок с модулем крупности 1,48 Левенцовского месторождения Ростовской области, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-2014; щебень фракции 5-20 мм из плотного песчаника Потаповского месторождения Ростовской области, отвечающий требованиям ГОСТ 8267-93; водопроводную воду, отвечающую требованиям ГОСТ 23732-2011; добавку суперпластификатора ST5.0 на основе поликарбоксилата производства ООО «СкайТрейд» по ТУ 5745-001-94590966-2011. В качестве исходного принимается состав бетона класса по прочности В15 с соотношением компонентов по массе - цемент: песок: щебень: пластифицирующая добавка: вода=1:2,43:4,36:0,02:0,61. При этом в качестве пластифицирующей используют добавку суперпластификатора ST5.0 на поликарбоксилатной основе.
Способ осуществляют следующим образом.
В бетоносмеситель загружают 25% предварительно активированной воды затворения, 65% крупного заполнителя, 100% мелкого заполнителя и перемешивают их до получения полусухой смеси. Затем в полученную смесь вводят остальную часть крупного заполнителя, цемент, пластификатор, остальную предварительно активированную воду затворения и окончательно перемешивают все компоненты до получения бетонной смеси требуемой удобоукладываемости.
После определения осадки конуса полученной смеси, из нее формуют образцы-кубы с ребром 100 мм, которые после двухчасовой выдержки пропаривают в лабораторной камере и определяют прочность бетона. Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Таблица 1
№опы-та
Загрузка компонентов в смеситель,% от общего расхода
Осадка конуса, см
Прочность при сжатии после ТВО Rсж,МПа/% Rтр
I стадия
II стадия
песок
щебень
вода
цемент
щебень
вода
ST 5.0
1
100
50
20
100
50
80
100
14
<img file="00000001.jpg" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
2
100
60
23
100
40
77
100
13
<img file="00000002.jpg" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
3
100
65
25
100
35
75
100
13
<img file="00000003.jpg" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
4
100
70
27
100
30
73
100
13
<img file="00000004.jpg" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
5
100
80
30
100
20
70
100
14
<img file="00000005.jpg" he="12" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Примечание: требуемая прочность (Rтр) после ТВО должна составлять не менее 70% от прочности для класса бетона В15, то есть 13,4 МПа.
Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что при двухстадийном приготовлении бетонной смеси по предлагаемому способу перемешивание
на первой стадии 23-27% активированной воды затворения, 60-70% щебня
и 100% песка (составы 2,3,4) повышает в конечном счете на 24-33% прочность бетона после ТВО по сравнению с требуемой. Это позволяет существенно снизить расход цемента.
Результаты сравнительных испытаний со сниженным расходом цемента приведены в таблице 2.
Таблица 2
№опы-та
Способ приготовления бетонной смеси
Расход цемента, кг/%
Результаты испытаний
Осадка конуса, см
Прочность при сжатии после ТВО, МПа/%
6
Исходный (одностадийный без активации воды)
<img file="00000006.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
13
<img file="00000007.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
7
По пат.RU 2361848 (на мелком песке с Мк=1,48 вместо привозного мытого с Мк=2,6)
<img file="00000008.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
15
<img file="00000009.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
8
Предлагаемый
<img file="00000006.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
14
<img file="00000010.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
9
Предлагаемый со сниженным на 25% расходом цемента
<img file="00000011.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
13
<img file="00000012.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
10
Двухстадийный (по опыту №3, табл.1, но без активации воды)
<img file="00000006.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
13
<img file="00000013.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
11
Одностадийный с предварительной активацией воды
<img file="00000006.jpg" he="14" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
15
<img file="00000014.jpg" he="14" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Данные приведенные в таблице 2 свидетельствуют о следующем:
- замена в способе по наиболее близкому аналогу RU 2361848 промытого крупного песка с Мк=2,6 местным мелким песком не позволяет снизить расход цемента на 20%, так как ведет к снижению требуемой для класса В15 прочности бетона (сравнение опытов №6 и №7);
- предлагаемый двухстадийный способ приготовления смеси с предварительной активацией воды (№8) позволил на 27% повысить прочность бетона на местном мелком песке с Мк=1,48, что обеспечило возможность на 25% снизить расход цемента (№9);
- при использовании предлагаемого способа проявляется неаддитивность эффектов повышения прочности (№8 - на 27%) за счет предварительной активации воды (№11 - на 8%) и двухстадийного перемешивания компонентов смеси в предложенной последовательности (№10 - на 11%). Полученный прирост прочности (на 27%) по предлагаемому способу существенно превышает простую сумму указанных факторов (8+11=19).