Самоуплотняющийся бетон
SELF-LAYING CONCRETE

Изобретение относится к строительству и, в частности, к составам самоуплотняющихся бетонных смесей и может быть использовано для монолитного бетонирования.
Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, заполнитель, микрокремнезем и воду, причем она содержит высокоактивный метакаолин, в качестве суперпластификатора взят «Линамикс ПК» при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 19-20; песок природный средний - 67-68; микрокремнезем - 0,8-1,81; высокоактивный метакаолин - 0,5-1,08; суперпластификатор «Линамикс ПК» - 0,1-0,2; вода - остальное (см. патент РФ № 2627344, 2017г.).
Недостатком такого бетона является сложность применения для обделки подземных сооружений из-за недостаточных реологических характеристик.
Известен высокопрочный мелкозернистый бетон на основе композиционного вяжущего с применением техногенного сырья (патент РФ № 2627811, 2017г.), содержащий портландцемент, активную добавку, наполнитель, заполнитель, пластифицирующую добавку и воду, в качестве активной добавки используется глиноземистый цемент и микрокремнезем, в качестве наполнителя - техногенное сырье кварцитопесчаник, в качестве заполнителя - кварцевый песок и отсев дробления кварцитопесчаника, в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F и воду при следующем соотношении компонентов, %: портландцемент - 21,0-21,7, глиноземистый цемент - 2,0-2,1, микрокремнезем - 2,0, техногенное сырье кварцитопесчаник - 1,6-1,9, кварцевый песок - 20,5-21,0, отсев дробления кварцитопесчаника - 46,5-47,0, гиперпластификатор Melflux 2651 F-0,2, вода - остальное.
К недостаткам данного бетона относится высокая стоимость и трудоемкость приготовления.
2
Известен высокопрочный бетон из смеси, включающей портландцемент, кварцевый песок, щебень гранитный, тонкомолотый наполнитель, добавку и воду, содержит в качестве песка кварцевый песок с модулем крупности 2,2, в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-20 мм, в качестве тонкомолотого наполнителя - тонкомолотый известняк с удельной поверхностью 260 м/кг, а в качестве добавки - различные химические модификаторы (см. патент РФ № 2616964, 2017г.).
Недостатком данного бетона является необходимость уплотнения в опалубке.
Известен также самоуплотняющийся бетон, содержащий цемент, инертный наполнитель разного гранулометрического состава, суперпластификатор и добавки (см. патент РФ № 2359936, 2009г.).
Недостатками данного бетона является относительно низкая эксплуатационная надежность, что не позволяет его применять для подземных камер большого объема и многоэтажного подземного строительства.
Предлагаемое техническое решение решает задачу повышения эксплуатационной надёжности бетонных конструкций при монолитном бетонировании. Достоинством монолитной обделки из самоуплотняющегося бетона является возможность ее применения в широком диапазоне инженерно-геологических условий – в любых грунтах, способных оказать отпор бетонной смеси в процессе ее обжатия.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности бетонных конструкций, при одновременном снижении трудозатрат на вибрацию бетона в опалубке за счет применения самоуплотняющегося бетона, а также снижение стоимости конечной продукции с одновременным улучшением экологической обстановки, за счет использования в составе бетона техногенных отходов.
Для решения поставленной задачи, самоуплотняющийся бетон, содержащий цемент, инертный наполнитель разного гранулометрического состава, суперпластификатор, добавки и воду, отличается тем, что инертный наполнитель включает смесь песка и щебня в соотношении 5:4, в качестве суперпластификатора использован суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, а в качестве добавки использована зола рисовой шелухи, термически обработанная с последующим шоковым охлаждением, при следующем содержании ингредиентов, в мас. %:
портландцемент – 15 - 18,3;
смесь песка и щебня – 71 - 72;
суперпластификатор – 0,7 – 1;
зола рисовой шелухи – 2 - 4;
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 «…инертный наполнитель включает смесь песка и щебня в соотношении 5:4…» позволяет оптимизировать каркасную матрицу твердеющего бетона.
Признак, указывающий применение в составе бетонной смеси «суперпластификатора на основе поликарбоксилатного эфира» позволяет улучшить реологические характеристики бетонной смеси.
2
Признак, указывающий, что «в качестве добавки использована зола рисовой шелухи» позволяет достичь снижения расхода портландцемента путем замены его активированным наполнителем техногенного происхождения, источником аморфного кремнезема с содержанием SiO от 80 до 90%.
Признак, указывающий, что зола рисовой шелухи, «термически обработанная с последующим шоковым охлаждением» позволяет за счет нагрева до 800°C в течение 60 минут добиться дегидроксилирования золы, а следующее после нагрева шоковое охлаждение приводит к образованию трещин в частицах золы за счет внутреннего напряжения. Комбинация нагрева с последующим резким охлаждением способствует более высокой начальной реакционной способности золы, уменьшая время схватывания бетонной смеси и повышая механическую прочность самоуплотняющегося бетона.
Признаки, указывающие на соотношение масс ингредиентов, направлены на оптимизацию состава самоуплотняющегося бетона, направленную на достижение технического результата.
Таблица 1
Компоненты самоуплотняющегося бетона
Процесс приготовления самоуплотняющегося бетона включает пять этапов:
1. Золу рисовой шелухи нагревают до 800°C в течение 60 минут, затем немедленно охлаждают в воде. После этого порошок сушат при 300°С в течение 30 минут.
2. Смешивают песок, щебень и 10% общего количества воды.
3. Затем к данной смеси добавляют цемент, золу рисовой шелухи и еще 50% общего количества воды.
4. Оставшуюся часть воды добавляют к смеси с суперпластификатором, что позволяет получить гомогенную смесь.
5. Бетонную смесь доставляют в опалубку с помощью виброхобота, состоящего из металлических труб диаметром 350 мм с раструбным соединением, что способствует сохранению качеств самоуплотняющейся бетонной смеси и снижению трудозатрат.
Пятистадийное приготовление и подача в опалубку самоуплотняющейся бетонной смеси способствует регулированию структурообразования и гомогенизации многокомпонентной системы, а также позволяет снизить энерго- и ресурсоемкость производства.
Устройство монолитной обделки самоуплотняющимся бетоном осуществляют по мере перемещения проходческого щита в горизонтальном направлении. После обнажения породных стенок возводят опалубку, в которую подают бетон с помощью виброхобота. После достижения бетоном распалубочной прочности, опалубку устанавливают на следующей заходке.
Физико-механические характеристики монолитной обделки подземного сооружения при различных составах самоуплотняющегося бетона сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики монолитной обделки подземного сооружения
Таким образом, предлагаемый состав имеет следующие преимущества по сравнению с известными:
- повышены прочностные характеристики на 9-15%;
- экономический эффект достигается за счет снижения расхода портландцемента путем замены его активированным наполнителем техногенного происхождения и предварительной подготовки данного наполнителя;
- применение самоуплотняющегося бетона, подаваемого по виброхоботу непосредственно в опалубку, позволяет снизить трудозатраты на возведение обделки.