БЕТОННАЯ СМЕСЬ
CONCRETE MIX

Изобретение относится к строительству и, в частности, к составам бетонных смесей.
Известен состав бетонной смеси (патент RU 2010019, 1994 г.), которая содержит в мас. ч.: цемент 1, крупный заполнитель 2,15-3,9; песок 1,4-2,4; вода 0,4-0,6. Крупный заполнитель содержит щебень фракции 10-20 мм или 10-40 мм и гравий фракции 5-10 мм в соотношении (3-7):1.
Недостатками представленной смеси является низкая удобоукладываемость и большая расслаиваемость компонентов.
Известна бетонная смесь (патент RU 2514060, 2014 г.) включающая, мас. %: портландцемент с содержанием зерен со средним диаметром менее 3 мкм более 16%, содержащий в своем составе интенсификатор помола «InCem» Е500 в количестве 0,0365% от массы портландцемента, 15,28-16,49; песок с модулем крупности 2,1 29,67-29,95; щебень фракции 5-20 48,53-48,64; добавку Sika Viscocrete 20 Gold 0,061-0,066; воду - остальное.
Недостатком данной смеси является невозможность ее применения при низких температурах без специальных технических мероприятий, например, подогрева.
Прототипом является бетонная смесь (патент RU 2611788, 2017 г.), включающая, включающая портландцемент, щебень, микронаполнитель в виде известняка, суперпластификатор и воду при следующем содержании компонентов, мас. %:
портландцемент
- 12,1-14,1,
щебень из известняка фракции
10-5 мм - 35-40,
мелкий заполнитель из известнякового отсева фракции
5-0,63 мм - 18,15-20,15,
мелкий заполнитель из известнякового отсева фракции
0,63-0,16 мм - 14,52-15,89,
микронаполнитель из известнякового отсева фракции менее
0,16 мм - 7-8,87,
суперпластификатор С3
- 0,06-0,141,
вода
- остальное.
Недостатком прототипа является низкая подвижность, значительная расслаиваемость, а также невозможность твердения и набора прочности при низких температурах окружающей среды от +5°C до -15°C, что снижает область применения при производстве строительных работ.
Технический результат заключается в получении бетонных смесей с уменьшенной степенью расслаиваемости компонентов, способностью твердения при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C при сохранении соответствия нормативным требованиям по подвижности и удобоукладываемости. Все вышеуказанные свойства приводят к повышению прочности бетонной конструкции и улучшению качества ее поверхности, а также к расширению использования предлагаемых бетонных смесей в сложных климатических зонах с пониженной температурой окружающей среды.
Технический результат достигается за счет того, что бетонная смесь, состоящая из портландцемента, щебня или гравия, песка, суперпластификатора на нафталин-формальдегидной основе, воды, дополнительно содержит аморфный наномодифицированный диоксид кремния, наномодифицированные трепел или опоку, нитрат натрия, смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в следующем соотношении компонентов, мас. %:
портландцемент
7,2-10,5
щебень или гравий фракции 20-40 мм
50,0-56,0
песок строительный
34,0-26,0
суперпластификатор на нафталин-формальдегидной основе
0,04-0,08
аморфный наномодифицированный диоксид кремния
0,01-0,07
наномодифицированные трепел или опока
0,02-0,08
нитрат натрия
0,2-0,4
смола древесная омыленная или
смола нейтрализованная воздухововлекающая
0,001-0,008
вода
остальное
Указанный качественный и количественный состав обеспечивает возможность получения простым способом бетонной смеси, например в гравитационном смесителе, с равномерным распределением компонентов по объему, не расслаивающуюся, а также твердеющую при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C. Содержание компонентов в составе смеси ниже или выше указанных пределов негативно отражается на устойчивости к расслаиваемости бетонной смеси, ее удобоукладываемости, схватывании и твердении при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C. Минеральное вяжущее в бетонной смеси состоит из портландцемента, воздухововлекающей добавки, минеральной добавки (наномодифицированного аморфного диоксида кремния, наномодифицированных трепела или опоки), а также включает противоморозную добавку, такую, как нитрат натрия и предназначено для скрепления между собой крупного и мелкого заполнителей (щебня или гравия и песка).
Обоснование пределов компонентов в заявляемом составе бетонной смеси.
Бетонная смесь содержит портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 Н в количестве, в мас. % - 7,2 - 10,5. Если в состав бетонной смеси ввести портландцемент, например, ЦЕМ I 42,5 Н в количестве, в мас. % - меньше 7,2, то прочностные характеристики будут ниже планируемых из-за недостатка гидравлического вяжущего. Если в состав бетонной смеси ввести портландцемент, например, ЦЕМ 142,5 Н в количестве, в мас. % - больше 10,5, то в процессе твердения и набора прочности в цементном камне возможно образование повышенных внутренних напряжений твердения. Это может служить причиной образования микротрещин с последующим снижением прочности бетона, полученного из затвердевшей бетонной смеси по заявляемому решению.
Бетонная смесь содержит щебень или гравий фракции 20-40 мм в количестве, в мас. % - 50,0-56,0. Щебень или гравий являются крупным заполнителем, предназначенным для восприятия нагрузок на бетон. Если количество щебня или гравия в составе бетонной смеси будет меньше нижнего значения по заявляемому решению, то будет снижение прочности получаемого бетона. Если количество щебня или гравия будет больше верхнего уровня по заявляемому решению, то будет повышенная расслаиваемость бетонной смеси при ее укладке, а также снижение прочности бетона из-за уменьшения доли вяжущего.
Бетонная смесь содержит песок строительный в количестве, в мас. % - 26,0-34,0. Песок строительный как мелкий заполнитель предназначен для заполнения пор между крупным заполнителем для создания плотной композиции материала. Использование строительного песка в количестве, меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к расслаиваемости бетонной смеси при ее укладке, образованию пор и пустот в бетоне после ее твердения. Если бетонная смесь содержит строительный песок в большем количестве, чем в заявляемом решении, то будет снижение прочности бетона на осевое сжатие.
Бетонная смесь содержит суперпластификатор на нафталин-формальдегидной основе в количестве, в мас. % - 0,04-0,08. Применение суперпластификатора на нафталин-формальдегидной основе в количестве, меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к низкой удобоукладываемости бетонной смеси из-за ее недостаточной подвижности. Если бетонная смесь содержит суперпластификатор на нафталин-формальдегидной основе в большем количестве, чем в заявляемом решении, то существенно увеличивается риск ее расслаиваемости.
Бетонная смесь содержит аморфный наномодифицированный диоксид кремния в количестве, в мас. % - 0,01-0,07. Одним из важнейших свойств указанной добавки является ее способность к уплотнению микроструктуры цементного теста, а также к развитию в смеси пуццолановой реакции. Если количество аморфного наномодифицированного диоксида кремния в составе бетонной смеси будет меньше нижнего значения по заявляемому решению, то уплотнение микроструктуры цементной пасты будет недостаточно для получения бетона с высокими свойствами сопротивляемости расслаиваемости. Аморфный кремнезем связывает гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкерных минералов, в гидросиликаты второй генерации, тем самым создавая более плотную структуру в единице объема. Если количество наномодифицированного диоксида кремния с аморфной структурой будет больше верхнего уровня по заявляемому решению, то при превышении количества аморфной фазы, не весь кремнезем вступает в пуццолановую реакцию (описанную выше), таким образом, часть аморфной фазы остается в затвердевшем цементном камне, образуя рыхлую структуру.
Бетонная смесь содержит наномодифицированные трепел или опоку в количестве, в мас. % - 0,02-0,08. Указанная минеральная добавка находится в состоянии кристаллической фазы и служит центрами кристаллизации новообразований в процессе гидратации. Это необходимо при работе в условиях температуры окружающей среды от +5°C до -15°C. Если бетонная смесь будет содержать в составе вяжущего наномодифицированные трепел или опоку в количестве, меньшем, чем нижний предел по заявляемому решению, то вследствие низкой активности реакции гидратации в условиях температуры окружающей среды от +5°C до -15°C будет невозможно обеспечить твердение и набор прочности бетоном без дополнительных технических мероприятий, например, без обогрева или утепления. Если количество наномодифицированных трепела или опоки в бетонной смеси будет больше, чем в заявляемом решении, то вследствие высокой степени заполнения пор бетонного камня возникнут внутренние напряжения твердения бетонной смеси, образование микротрещин цементного камня, что приведет к снижению прочности бетона.
Бетонная смесь содержит нитрат натрия в количестве, в мас. % - 0,2-0,4. Нитрат натрия необходим для обеспечения процесса гидратации цемента при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C. Если бетонная смесь содержит нитрат натрия в меньшем количестве, чем в заявляемом решении, то невозможно обеспечить протекание реакции гидратации и предотвращение замерзания свободной воды в смеси до набора бетоном необходимой прочности. Если бетонная смесь содержит нитрат натрия в большем количестве, чем в заявляемом решении, то также невозможно получить требуемую прочность бетона вследствие значительного замедления процесса твердения бетона при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C.
Бетонная смесь содержит смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в количестве, в мас. % - 0,001-0,008. Смола древесная омыленная или смола нейтрализованная воздухововлекающая необходимы для снижения расслаиваемости бетонной смеси при ее укладке. Вовлеченный воздух оказывает взвешивающее действие на твердые компоненты бетонной смеси, что предотвращает их расслаиваемость до начала твердения. Если бетонная смесь содержит смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в меньшем количестве, чем в заявляемом решении, то взвешивающее действие будет недостаточным из-за малого количества вовлеченного воздуха, что приведет к расслаиваемости бетонной смеси. Если бетонная смесь содержит смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в большем количестве, чем в заявляемом решении, то невозможно получить требуемую прочность бетона вследствие значительного количества вовлеченного воздуха.
Бетонная смесь содержит воду, которая необходима для реакции гидратации. Количество воды подбирают с учетом дозировок представленных компонентов, а также с учетом необходимости обеспечения требуемого водоцементного отношения.
Рецептура и количественные параметры компонентов бетонной смеси обусловлены конкретными требованиями, предъявляемыми к изделиям из нее. Варианты реализации бетонных смесей с различными характеристиками получаемых изделий представлены следующими примерами:
3
Пример 1 (кг на 1 м смеси)
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены следующие результаты:
Осадка конуса - 4 см
Расплыв конуса - 27 см
Расслаиваемость (по раствороотделению) - 1% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2384 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,6 МПа
3
Пример 2 (кг на 1 м смеси)
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены следующие результаты:
Осадка конуса - 9 см
Расплыв конуса - 36 см
Рассливаемость (по раствороотделению) - 2% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2371 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,8 МПа.
3
Пример 3 (на 1 м смеси)
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены следующие результаты:
Осадка конуса - 8 см
Расплыв конуса - 35 см
Рассливаемость (по раствороотделению) - 2% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2373 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,5 МПа.
3
Пример 4 (на 1 м смеси)
вода
остальное
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены
следующие результаты:
Осадка конуса - 15 см
Расплыв конуса - 46 см
Рассливаемость (по раствороотделению) - 2,5% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2352 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,2 МПа.
3
Пример 5 (на 1 м смеси)
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены следующие результаты:
Осадка конуса - 14 см
Расплыв конуса - 44 см
Рассливаемость (по раствороотделению) - 2,5% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2321 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,5 МПа.
3
Пример 6 (на 1 м смеси)
При испытании бетонной смеси и бетонных образцов получены следующие результаты:
Осадка конуса - 19 см
Расплыв конуса - 52 см
Рассливаемость (по раствороотделению) - 2% < 4% (верхнее значение по ГОСТ 7473-2010).
3
Плотность 2354 кг/м.
Прочность на осевое сжатие в возрасте 28 суток - 18,3 Мпа
Таким образом, бетонная смесь обладает уменьшенной степенью расслаиваемости компонентов, способностью твердения при температурах окружающей среды от +5°C до -15°C при сохранении соответствия нормативным требованиям по подвижности и удобоукладываемости. Все вышеуказанные свойства приводят к повышению прочности бетонной конструкции и улучшению качества ее поверхности, а также к расширению использования предлагаемых бетонных смесей в сложных климатических зонах с пониженной температурой окружающей среды.