СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА
METHOD OF PREPARING CONCRETE MIXTURE FOR HIGH-STRENGTH CONCRETE

Изобретение относится к технологии приготовления бетонных смесей, преимущественно для высокопрочного бетона, используемого для изготовления изделий и конструкций, используемых в промышленном и гражданском строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Известен многостадийный способ приготовления бетонной смеси (см. патент RU № 2361842 С2, C04B33/138, опубл. 20.07.2009г.) Способ включает предварительную механохимическую активацию воды затворения с добавкой нитратнитритнощелочной воды и механохимическую активацию цементной пульпы, содержащей 60-70% предварительно активированной воды с последующим перемешиванием с заполнителями и оставшейся частью активированной воды. Способ позволяет на 20% снизить расход цемента и повысить удобоукладываемость смеси. Однако этот способ не обеспечивает достаточно высокой прочности бетона.
3
2
Известен способ приготовления бетонной смеси (см. SU № 1760981 А3, C04B40/00, опубл.07.09.1992, Бюл. №33), согласно которому процесс приготовления бетонной смеси включает смешение в высокоскоростном турбулентном смесителе цемента, наполнителя, воды и комплексной химической добавки, содержащей суперпластификатор МФ-АР и нитрат натрия или кальция, перемешивание полученной смеси с фракционированным песком  в низкооборотном смесителе до однородного состояния. При этом сначала перемешивают в высокоскоростном турбулентном смесителе часть воды с наполнителем – высокоактивным микрокремнеземом с удельной поверхностью (20-40)⋅10 см/г, затем вводят три фракции кварцевого песка с модулями крупности 2,2÷2,5; 1,0÷1,5; 0,05÷0,5 и перемешивают с водой и наполнителем, после чего в полученную смесь вводят комплексную добавку с электролитом и проводят окончательное перемешивание в низкооборотном смесителе.
Способ обеспечивает высокие прочностные показатели бетона, но сложен в исполнении на существующих предприятиях.
Наиболее близким к заявляемому является способ приготовления бетонной смеси для высокопрочного бетона по (патент RU № 2425814 С1, C04B28/04, 10.08.2011).
Согласно этому способу, сначала приготавливают золь гидроокиси железа (III) путем добавления к кипящей воде насыщенного раствора хлорида железа. Затем отдозированный золь и гиперпластификатор Peramin SMF на основе поликарбоксильных полимеров шведской компании «Perstorp» помещают в отдозированную воду.
Отдозированные компоненты: цемент, песок, щебень и воду, содержащую комплексную добавку, помещают в бетоносмеситель, где осуществляется перемешивание компонентов и приготовление бетонной смеси.
Недостатком данного способа является низкая (не более 2 см ОК) подвижность бетонной смеси для высокопрочного бетона.
Кроме того, реализация способа требует организации на предприятии технологической линии по приготовлению гидроокиси железа (III) и высокий расход комплексной добавки (1,00-1,45 мас.% в составе смеси, то есть 3,6-7,0% от расхода цемента).
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение на несколько порядков показателей удобоукладываемости бетонной смеси (осадка конуса 20-22 см) без снижения прочности бетона в возрасте 28 суток нормального твердения.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе приготовления бетонной смеси для высокопрочного бетона, включающем  перемешивание цемента, песка, щебня, добавок и воды в смеситель сначала загружают и перемешивают до получения однородной смеси отдозированные щебень фракции 5-20 мм, рядовой кварцевый песок с модулем крупности не ниже 2,1, суперпластификатор на лигносульфонатной основе ST1.4 в количестве 0,10-0,15% (по сухому веществу) от массы цемента и 70-80% воды затворения, после чего к полученной смеси добавляют цемент, суперпластификатор на поликарбоксилатной основе ST5.0 в количестве 0,30-0,35% по сухому веществу от расхода цемента, а также остальную часть воды затворения и окончательно перемешивают их до получения бетонной смеси требуемой удобоукладываемости.
Технический эффект заключается в увеличении на порядок показателей удобоукладываемости бетонной смеси без снижения прочности бетона в возрасте 28 суток нормального твердения по сравнению с прототипом.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
3
3
Для приготовления бетонной смеси использовали портландцемент марки ПЦ 500 Д0 Н Себряковского завода, соответствующего требованиям ГОСТ 10178-85*; рядовой кварцевый песок ООО «Приазовье» с модулем крупности 2,1, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-2014, щебень фракции 5-20 мм из плотного песчаника Прохоровского месторождения Ростовской области, отвечающий требованиям ГОСТ 8267-93, при следующем соотношении компонентов (мас.ч.): цемент : песок : щебень : вода = 1,0:1,33:2,18:0,34. Расход цемента составлял 500 кг/м, суммарный расход воды – 170 л/м.
3
Лигносульфонатная добавка ST 1.4 - жидкость темно-коричневого цвета, относится к сильным пластификаторам. Отвечает требованиям ТУ 5745-003-9459066-2012 с Изм. №1,2,3. Плотность 1,130 ± 0,03 г/см, значение pH (неразбавленный) - 7,5±1,5, общее содержание твердой фазы 25% (в весовом отношении).  Добавка обеспечивает длительное время сохранения подвижности, снижение расхода цемента до 15%,  истираемости бетона, увеличение водонепроницаемости, морозостойкости.
3
Карбоксилатная добавка ST 5.0 - комплексный суперпластификатор на основе поликарбоксилата для товарных бетонов, а также для железобетонных конструкций. Представляет собой жидкость от светло-коричневого  до коричневого цвета. Отвечает требованиям ТУ 5745-001-94590966-2011 с Изм. № 1, 2, 3, 4, 5, 6. Плотность добавки -  1,070±0,03 г/см, значение pH =  9±1,5, общее содержание твердой фазы 25% (в весовом отношении).  Добавка обеспечивает увеличение прочности в возрасте 1 суток более чем на 30%, снижение расхода цемента до 25%,  водопотребности вяжущего на 18-25%. Оптимальная дозировка ST 5.0 определяется опытным путем в зависимости от материалов и условий.
В соответствии с изобретением, лигносульфонатную добавку ST 1.4 вводили с частью воды затворения в смеситель для первичного перемешивания с песком и щебнем, для получения однородной смеси. Затем к полученной смеси добавляли цемент, оставшуюся часть воды затворения и поликарбоксилатную добавку ST 5.0 и окончательно перемешивали все компоненты до получения однородной бетонной смеси.
Из полученной бетонной смеси, после определения ее подвижности, характеризуемой осадкой стандартного конуса (ОК, см) формовали образцы-кубы с ребром 100 мм для определения прочности при сжатии бетона в возрасте 28 суток нормального твердения.
Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.
Как видно из данных, представленных в таблице, предлагаемый способ приготовления бетонных смесей для высокопрочного бетона повышает подвижность бетонной смеси с 2,0 до 20,0-22,0 см ОК без потери прочности при сжатии бетона после 28 суток нормального твердения по сравнению с прототипом (составы №№ 2,3,4 и 8). При этом снижение расходов добавок  ST 1.4 и ST 5.0 ниже, соответственно, 0,1 и 0,25% от расхода цемента, а также уменьшение части воды затворения ниже 70% от общего ее расхода (состав №1) ведет к снижению подвижности смеси и прочности бетона.
Повышение расхода воды на первом этапе приготовления смеси сверх 80% и добавок ST 1.4 и ST 5.0, соответственно, сверх 0,15 и 0,35% (по сухому веществу) от расхода цемента не дает существенного увеличения показателей подвижности бетонной смеси и прочности бетона после 28 суток нормального твердения (состав №5) по сравнению с предложенными диапазонами (составы №2,3,4).
Введение в смесь только лигносульфонатной добавки ST 1.4 в количестве 0,15% от массы цемента (в расчете на безводное вещество добавки) при одностадийном (традиционном) способе приготовления смеси позволяет получить бетонную смесь с осадкой конуса 4 см (состав №6). Поликарбоксилатная добавка ST 5.0 при одностадийном способе повышает подвижность смеси до 8 см (состав №7). Суммарный эффект от совместного введения в смесь добавок ST 1.4 и ST 5.0 в указанных количествах при одностадийном способе приготовления бетонной смеси мог бы составить 4+8 = 12 см ОК. Эффект от введения в смесь указанных добавок по предложенному способу составил 22см ОК (состав №4), что свидетельствует о неаддитивности  действия данных добавок при введении их в смесь в соответствии с предлагаемым способом. При этом достигается увеличение показателя подвижности бетонной смеси с 2,0 до 22,0 см ОК без снижения прочности бетона в возрасте 28 суток нормального твердения по сравнению с прототипом.
Таблица
№
Способ приготовления смеси
Состав бетонной смеси, мас.%/мас.ч.
Расход цемента, кг/м<sup>3</sup>
Расход воды
Расход добавок, %/кг/м<sup>3</sup>
Подвижность ОК, см
Прочность при сжатии в 28 сут., МПа
цемент
песок
щебень
на 1 этапе, %
общий, л/м<sup>3</sup>
ST 1.4
ST 5.0
Золь гидроокиси железа (III) и Peramin SMF
1
Предла-гаемый
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
60
170
<img file="00000001.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000002.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
13,0
71,7
2
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
70
170
<img file="00000003.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000004.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
20,0
86,3
3
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
75
170
<img file="00000005.jpg" he="11" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000006.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
21,0
89,0
4
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
80
170
<img file="00000007.jpg" he="11" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000008.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
22,0
88,2
5
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
90
170
<img file="00000009.jpg" he="11" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000010.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
22,5
88,4
6
Одностадийный
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
100
170
<img file="00000007.jpg" he="11" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
0
4,0
69,6
7
20,6/1,0
27,4/1,33
44,9/2,18
500
100
170
0
<img file="00000008.jpg" he="15" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0
8,0
77,4
8
Пат.№ 2425814
20,6-27,4
21,8-24,7
42,4-44,5
500-650
-
150-210
0
0
<img file="00000011.jpg" he="15" wi="23" img-content="undefined" img-format="jpg" />
2,0
85,1-88,1