Специальный бетон
SPECIAL CONCRETE

Изобретение относится к строительству и, в частности, к составам водонепроницаемых и износостойких бетонных смесей и может быть использовано для бетонирования гидротехнических сооружений.
3
Известен водонепроницаемый бетон Базоева, включающий портландцемент, песок и минеральную расширяющуюся добавку, содержащую вулканическую породу, гипс, доломит, микрокремнезем, пластификатор, в качестве минеральной расширяющейся добавки содержит добавку «ИР-1», в составе которой используется вулканическая порода с соотношением оксид кремния : оксид алюминия более 3,5, содержащая 1-15 мас. % пемзы, при соотношении компонентов добавки, мас. %: указанная вулканическая порода - 40-85; гипс - 10-35; доломит - 0-30; микрокремнезем - 0-5; пластификатор - 1-3; причем бетон содержит песок фракции более 0,14 мм и дополнительно щебень при следующем соотношении компонентов, кг/м: портландцемент - 400-500; добавка «ИР-1» - 70-100; песок фракции более 0,14 мм - 500-700; щебень - 600-800, вода - до получения водоцементного отношения 0,3-0,4 (см. патент РФ № 2144909, 1999 г.).
Недостатком данного бетона является низкая коррозионная стойкость.
3
Известен также специальный бетон из смеси, содержащей портландцемент, минеральную добавку, химический модификатор, песок, щебень или гравий и воду (см. патент РФ № 2433097, 2010 г.). Сырьевая смесь содержит добавку, включающую, мас. %: золь гидроокиси железа (III) плотностью 1,021 г/см, с водородным показателем 4,5-5,5 - 25,50-26,00, пластификатор «ЦМИД-4» - 74,00-74,50. В составе смеси следующее соотношение компонентов, мас. %: портландцемент 20,60-27,40; песок 21,80-24,70; щебень 41,60-43,40; указанная добавка 1,50-2,00; вода 7,70-9,30.
К недостаткам данного бетона относится высокая стоимость и трудоемкость приготовления.
Предлагаемое техническое решение решает задачу повышения эксплуатационной надежности бетонных конструкций при гидротехническом бетонировании. Достоинством специального бетона является возможность его применения в широком диапазоне климатических и гидрогеологических условий – в том числе в морской воде в акваториях Крайнего Севера, в условиях ледовой абразии.
Техническим результатом изобретения является повышение водонепроницаемости, коррозионной стойкости и износостойкости гидротехнических конструкций, а также снижение стоимости конечной продукции с одновременным улучшением экологической обстановки, за счет использования в составе бетона техногенных отходов.
2
Для решения поставленной задачи специальный бетон для бетонирования гидротехнических сооружений из смеси, содержащей портландцемент, минеральную добавку, химический модификатор, песок, щебень или гравий и воду, отличается тем, что использованы портландцемент ЦЕМ I 32,5Н, морской песок фракцией от 2,0 до 2,5 мм, щебень или гравий фракцией от 70 до 150 мм, при этом в качестве минеральной добавки использован доменный гранулированный шлак или электротермофосфорный шлак с удельной поверхностью 800 м/кг, причем в составе смеси использован химический модификатор ХИДЕТАЛ-П-8, при следующем соотношении указанных компонентов, в мас. %:
портландцемент ЦЕМ I 32,5Н – 14-16,3;
2
доменный гранулированный шлак или электротермофосфорный шлак с удельной поверхностью 800 м/кг – 3-4,4;
морской песок фракцией от 2,0 до 2,5 мм – 36-39;
щебень или гравий фракцией от 70 до 150 мм – 29-31;
химический модификатор ХИДЕТАЛ-П-8 – 0,5-1,0;
вода – остальное.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий на применение портландцемента ЦЕМ I 32,5Н, позволяет снизить затраты путем отказа от традиционно применяющегося для гидротехнических сооружений сульфатостойкого цемента без ухудшения качества бетона.
Признак, указывающий на применение морского песка, позволяет на основе закона сродства структур создать внутреннюю устойчивую связь, призванную обеспечить определенные физико-механические и эксплуатационные характеристики конструкции в целом при эксплуатации данной конструкции в морской воде.
Признак, указывающий на применение щебня или гравия фракцией до 150 мм, позволяет упрочнить матрицу бетона на макроуровне, соответственно, уплотняя микроструктуру композита и повышая водонепроницаемость бетона.
Признак, указывающий на применение «в качестве минеральной добавки доменного гранулированного шлака или электротермофосфорного шлака», позволяет минимизировать образование коррозии бетона третьего вида, при этом одновременно происходит утилизация техногенных отходов.
Признак, указывающий на то, что в качестве химического модификатора использован ХИДЕТАЛ-П-8, конкретизируют тип используемого химического модификатора.
Признак, указывающий подбор компонентов, позволяет управлять структурообразованием так, чтобы бетон в морской воде упрочнялся.
Признаки, указывающие на соотношение масс компонентов, направлены на оптимизацию состава специального бетона, направленную на достижение технического результата.
Таблица 1
Компоненты специального бетона для бетонирования гидротехнических сооружений
Наименование компонентов
Назначение в составе бетонной смеси
Массовая доля, %
Нормативный документ
Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н
вяжущее
14 - 16,3
ГОСТ 31108-2016
Доменный гранулированный шлак или электротермофосфорный шлак
ингибитор коррозии
3-4,4
ГОСТ 3476-74Количество каменистых кусков шлака не более 5% по весу. Размеры кусков – менее 100 мм
Морской песок фракцией 2,0 до 2,5 мм
мелкий заполнитель
36-39
ГОСТ 8736-2014
Щебень или гравий фракцией от 70 до 150 мм
крупный заполнитель
29-31
ГОСТ 8767-93
Гиперпластификатор на основе полиакрилатов (ХИДЕТАЛ-П-8)
пластифицирующий химический модификатор
0,5-1,0
ГОСТ 24211-2008
Вода
затворение вяжущего
остальное
ГOСТ 23732-2011
Процесс приготовления специального бетона для бетонирования гидротехнических сооружений включает четыре этапа:
1. Портландцемент смешивают с минеральной добавкой и 60% общего количества воды.
2. Полученное цементно-минеральное тесто обрабатывают в аэрогидродинамическом активаторе.
3. Затем к данной смеси добавляют морской песок и щебень или гравий и оставшуюся часть воды с гиперпластификатором ХИДЕТАЛ-П-8, что позволяет получить гомогенную смесь.
4. Смесь разогревают перед укладкой до температуры 60-65°С.
Четырехстадийное приготовление бетонной смеси способствует регулированию структурообразования и гомогенизации многокомпонентной системы, а также позволяет снизить энерго- и ресурсоемкость производства.
Физико-механические характеристики специального бетона для бетонирования гидротехнических сооружений при различных составах смеси сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики специального бетона для бетонирования гидротехнических сооружений
Компоненты бетона, %
Предел прочности при сжатии
Параметр воздухопроницаемости бетона <i>а</i><sub>с</sub>, см<sup>3</sup>/c(и соотвествующая марка по водонепроницаемости)
Марка по истираемости
Эффективный коэффициент диффузии D∙10<sup>-4</sup> см<sup>2</sup>/c
№ п/п
Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н
Доменный гранулированный шлак
Электротермофосфорный шлак
Морской песок от 2,0 до 2,5 мм
Щебень или гравий фр. от 70 до 150 мм
Химический модификатор на основе полиакрилатов (ХИДЕТАЛ-П-8)
Вода
1
16,3
3
-
36
31
0,5
13,2
68,90
0,0114 (W18)
G2
0,03
2
15,6
-
3,3
37
30
0,6
13,5
71,31
0,0135 (W18)
G3
0,03
3
15
3,7
-
37
30
0,7
13,6
73,76
0,0124 (W18)
G3
0,04
4
14,5
-
4,0
38
30
0,8
12,7
74,09
0,0145 (W18)
G3
0,03
5
14
4,4
-
39
29
1,0
12,6
72,97
0,0157 (W18)
G3
0,04
Прототиппортландцемент 20,60-27,40; песок 21,80-24,70; щебень 41,60-43,40; добавка 1,50-2,00; вода 7,70-9,30
56,98-58,33
0,0208 (W16)
G2
0,06
Таким образом, предлагаемый состав имеет следующие преимущества по сравнению с известными:
- повышены прочностные характеристики на 20-29%;
-4
2
- достигаются стабильно высокие характеристики водонепроницаемости (марка W18) при улучшенных характеристиках износостойкости (марка G2) коррозионной стойкости (эффективный коэффициент диффузии 0,03-0,04∙10 см/c);
- экономический эффект достигается за счет отказа от традиционно применяющегося для гидротехнических сооружений сульфатостойкого цемента без ухудшения качества бетона, а также снижения расхода цемента путем замены его наполнителем техногенного происхождения.