Как сделать реакционно порошковый бетон. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести и способ изготовления бетонных изделий из полученной смеси Реакционный бетон

Владельцы патента RU 2531981:

Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов и применяется для изготовления бетонных изделий: высокохудожественных ажурных ограждений и решеток, столбов, тонкой тротуарной плитки и бордюрного камня, тонкостенной плитки для внутренней и внешней облицовки зданий и сооружений, декоративных изделий и малых архитектурных форм.

Известен способ изготовления декоративных строительных изделий и/или декоративных покрытий путем перемешивания с водой вяжущего, содержащего портландцементный клинкер, модификатор, включающий органический водопонижающий компонент и некоторое количество ускорителя твердения и гипс, пигментов, заполнителей, минеральных и химических (функциональных) добавок, причем полученную смесь выдерживают до насыщения бентонитовой глины (функциональная добавка стабилизатор смеси) пропиленгликолем (органический водопонижающий компонент), фиксации полученного комплекса гелеобразователем гидроксипропилцеллюлозой, укладки, формования, уплотнения и термообработки. Причем перемешивание сухих компонентов и приготовление смеси осуществляют в разных смесителях (см. патент РФ № 2084416, МПК6 С04В 7/52, 1997 г.).

Недостатком данного решения является необходимость применения различного оборудования для смешивания компонентов смеси и последующего проведения операций уплотнения, что усложняет и удорожает технологию. Кроме того, при использовании данного способа невозможно получить изделия с тонкими и ажурными элементами.

Известен способ приготовления смеси для производства строительных изделий, включающий активизацию вяжущего путем совместного помола портландцементного клинкера с сухим суперпластификатором и последующее смешение с наполнителем и водой, причем сначала осуществляют смешение активированного наполнителя с 5-10% воды затворения, затем вводят активированное вяжущее и смесь перемешивают, после чего вводят 40 - 60% воды затворения и смесь перемешивают, затем вводят оставшуюся воду и осуществляют окончательное перемешивание до получения однородной смеси. Постадийное смешение компонентов осуществляют в течение 0,5-1 мин. Изготовленные из полученной смеси изделия необходимо выдерживать при температуре 20°C и влажности 100% в течение 14 сут (см. патент РФ № 2012551, МПК5 C04B 40/00, 1994 г.).

Недостатком известного способа является сложная и дорогостоящая операция по совместному помолу вяжущего и суперпластификатора, требующая больших затрат на организацию смешивающего и помольного комплекса. Кроме того, при использовании данного способа невозможно получить изделия с тонкими и ажурными элементами.

Известен состав для приготовления самоуплотняющегося бетона, содержащий:

100 мас. частей цемента,

50-200 мас. частей смесей песков из кальцинированных бокситов разного гранулометрического состава, наиболее тонкий песок среднего гранулометрического состава менее 1 мм, наиболее крупный песок среднего гранулометрического состава менее 10 мм;

5-25 мас. частей сверхмалых частиц карбоната кальция и белой сажи, причем содержание белой сажи составляет не более 15 мас. частей;

0,1-10 мас. частей противопенного средства;

0,1-10 мас. частей суперпластификатора;

15-24 мас. частей волокон;

10-30 мас. частей воды.

Массовое отношение между количеством сверхмалых частиц карбоната кальция в бетоне и количеством белой сажи может достигать 1:99-99:1, предпочтительно 50:50-99:1 (см. патент РФ № 2359936, МПК С04В 28/04 С04В 111/20 С04В 111/62 (2006.01), 2009 г., п.12).

Недостатком указанного бетона является использование дорогостоящих песков из кальцинированных бокситов, применяемых обычно в алюминиевом производстве, а также избыточное количество цемента, что ведет, соответственно, к увеличению расхода остальных весьма дорогостоящих компонентов бетона и, соответственно, к увеличению его стоимости.

Проведенный поиск показал, что не найдено решений, обеспечивающих получение реакционно-порошкового самоуплотняющегося бетона.

Известен способ приготовления бетона с добавкой волокон, в котором все компоненты бетона смешивают до получения бетона с требуемой текучестью или сначала смешивают сухие компоненты, такие как цемент, разные виды песка, сверхмалые частицы карбоната кальция, белая сажа и, возможно, суперпластификатор и противопенное средство, после чего добавляют в смесь воду, и при необходимости суперпластификатор, и противопенное средство, если они присутствуют в жидком виде, и при необходимости волокна, и перемешивают до получения бетона с требуемой текучестью. После перемешивания, например, в течение 4-16 минут полученный бетон может легко формоваться благодаря своей очень высокой текучести (см. патент РФ № 2359936, МПК С04В 28/04, С04В 111/20, С04В 111/62 (2006.01), 2009 г., п.12). Данное решение принято за прототип.

Полученный самоуплотняющийся со сверхвысокими свойствами бетон может быть применен для изготовления сборных элементов, таких как столбы, поперечные балки, балки, перекрытия, плиточное покрытие, художественные сооружения, предварительно напряженных элементов или композиционных материалов, материала для заделки зазоров между конструкционными элементами, элементов систем ассенизации или в архитектуре.

Недостатком указанного способа является большой расход цемента для приготовления 1 м 3 смеси, что влечет за собой увеличение стоимости бетонной смеси и изделий из нее из-за увеличения расхода остальных компонентов. Кроме того, описанный в изобретении способ использования полученного бетона не несет каких-либо сведений, каким образом можно изготовить, например, художественные ажурные и тонкостенные бетонные изделия.

Широко известны способы изготовления различных изделий из бетона, когда залитый в форму бетон впоследствии подвергают виброуплотнению.

Однако с помощью таких известных способов невозможно получить художественных, ажурных и тонкостенных бетонных изделий.

Известен способ изготовления бетонных изделий в упаковочных формах, заключающийся в приготовлении бетонной смеси, подачи смеси в формы, твердении. Используется воздушно- и влагоизоляционная форма в виде упаковочных тонкостенных многокамерных форм, покрытых после подачи в них смеси воздухо- и влагоизоляционным покрытием. Твердение изделий производят в герметичных камерах в течение 8-12 часов (см. патент на изобретение Украины № UA 39086, МПК7 В28В 7/11; В28В 7/38; С04В 40/02, 2005 г.).

Недостатком известного способа является большая стоимость форм, используемых для изготовления бетонных изделий, а также невозможность изготовления таким способом художественных, ажурных и тонкостенных бетонных изделий.

Первая задача - получение состава самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с требуемой удобоукладываемостью и необходимыми прочностными характеристиками, что позволит снизить стоимость получаемой самоуплотняющейся бетонной смеси.

Вторая задача - повышение прочностных характеристик в суточном возрасте при оптимальной удобоукладываемости смеси и улучшение декоративных свойств лицевых поверхностей изделий из бетона.

Первая поставленная задача решается за счет того, что разработан способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси, заключающийся в перемешивании компонентов бетонной смеси до получения требуемой текучести, в котором смешивание компонентов фибробетонной смеси осуществляют последовательно, причем первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин до получения фибробетонной смеси, содержащей компоненты, мас.%:

Общее время приготовления бетонной смеси составляет от 12 до 15 минут.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, повышении качества и растекаемости фибробетонной смеси, за счет специально подобранного состава, последовательности введения и времени перемешивания смеси, что ведет к существенному повышению текучести и прочностных характеристик бетона до М1000 и выше, снижению необходимой толщины изделий.

Выполнение смешивания ингредиентов в определенной последовательности, когда первоначально в смесителе перемешивают отмеренное количество воды и гиперпластификатора, затем добавляют цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают в течении 2-3 минут, после чего вводят песок и фибру и полученную бетонную смесь перемешивают в течении 2-3 минут, позволяет обеспечить значительное повышение качества и характеристик текучести (удобоукладываемости) получаемой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, обладающей высокими прочностными характеристиками и имеющей низкую стоимость. Соблюдение приведенного соотношения компонентов смеси, мас.%:

позволяет получить самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, обладающую высокими прочностными характеристиками и имеющую при этом низкую стоимость.

Использование приведенных выше компонентов при соблюдении указанной пропорции в количественном соотношении позволяет при получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с требуемой текучестью и высокими прочностными качествами обеспечить низкую стоимость получаемой смеси и повысить, таким образом, ее потребительские свойства. Использование таких компонентов, как микрокремнезем, каменная мука, позволяет уменьшить процентное содержание цемента, что влечет за собой снижение процентного содержания других дорогостоящих компонентов (гиперпластификатора, например), а также отказаться от использования дорогих песков из кальцинированных бокситов, что также ведет к снижению стоимости бетонной смеси, но не влияет на ее прочностные качества.

Вторая поставленная задача решается за счет того, что разработан способ изготовления изделий в формах из фибробетонной смеси, приготовленной описанным выше способом, заключающийся в подаче смеси в формы и последующей выдержке для отверждения, причем первоначально на внутреннюю, рабочую поверхность формы распыляют тонкий слой воды, а после заполнения формы смесью распыляют на ее поверхности тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном.

Причем подачу смеси в формы осуществляют последовательно, накрывая заполненную форму сверху технологическим поддоном, после установки технологического поддона процесс изготовления изделий повторяют многократно, устанавливая следующую форму на технологический поддон над предыдущей.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества лицевой поверхности изделия, существенном повышении прочностных характеристик изделия, за счет применения самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, специальной обработки форм и организации ухода за бетоном в суточном возрасте. Организация ухода за бетоном в суточном возрасте заключается в обеспечении достаточной гидроизоляции форм с залитым в них бетоном путем покрытия верхнего слоя бетона в форме водяной пленкой и накрытия форм поддонами.

Технический результат достигается за счет применения самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, которая позволяет производить очень тонкие и ажурные изделия любой конфигурации, повторять любые фактуры и виды поверхностей, исключает процесс виброуплотнения при формовке изделий, а также позволяет использовать любые формы (эластичные, стеклопластиковые, металлические, пластиковые и др.) для производства изделий.

Предварительное смачивание формы тонким слоем воды и завершающая операция распыления на поверхности залитой фибробетонной смеси тонкого слоя воды, накрывание формы с бетоном следующим технологическим поддоном в целях создания герметичной камеры для лучшего созревания бетона позволяет исключить появление воздушных пор от защемленного воздуха, добиться высокого качества лицевой поверхности изделий, снизить испарение воды из твердеющего бетона и повысить прочностные характеристики получаемых изделий.

Количество заливаемых одновременно форм выбирается из расчета объема полученной самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси.

Получение самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести и за счет этого с улучшенными качествами удобоукладываемости позволяет при изготовлении художественных изделий не применять вибростол и упростить технологию изготовления, при этом повысить прочностные характеристики художественных изделий из бетона.

Технический результат достигается за счет специально подобранного состава мелкозернистой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси, режима последовательности введения компонентов, способа обработки форм и организации ухода за бетоном в суточном возрасте.

Преимущества данной технологии и используемого бетона:

Использование песка модуля крупности фр. 0,125-0,63;

Отсутствие в составе бетонной смеси крупного заполнителя;

Возможность изготовления бетонных изделий с тонкими и ажурными элементами;

Идеальная поверхность бетонных изделий;

Возможность изготовления изделий с заданной шероховатостью и текстурой поверхности;

Высокая марочная прочность бетона на сжатие, не менее М1000;

Высокая марочная прочность бетона при изгибе, не менее Ptb100;

Настоящее изобретение подробнее поясняется ниже с помощью примеров выполнения, которые не являются ограничительными.

Фиг. 1 (а, б) - схема изготовления изделий - заливка полученного фибробетона в формы;

Фиг. 2 - вид сверху на изделие, получаемое с использованием заявленного изобретения.

Способ получения самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, содержащей указанные выше компоненты, осуществляют следующим образом.

Сначала взвешиваются все компоненты смеси. Затем в смеситель заливают отмеренное количество воды, гиперпластификатора. После чего смеситель включают. В процессе перемешивания воды, гиперпластификатора последовательно засыпают следующие компоненты смеси: цемент, микрокремнезем, каменную муку. При необходимости для окрашивания бетона в массе в него можно добавить железоокисные пигменты. После введения этих компонентов в смеситель полученная суспензия перемешивается от 2 до 3 минут.

На следующем этапе последовательно вводят песок и фибру и бетонную смесь перемешивают от 2 до 3 минут. После чего бетонная смесь готова к использованию.

В ходе приготовления смеси вводят ускоритель набора прочности.

Полученная самоуплотняющаяся особовысокопрочная реакционно-порошковая фибробетонная смесь с очень высокими свойствами текучести представляет собой жидкую консистенцию, одним из показателей которой является расплыв конуса Хагермана на стекле. Чтобы смесь хорошо растекалась, расплыв должен быть не менее 300 мм.

В результате применения заявленного способа получают самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, которая содержит в своем составе следующие компоненты: портландцемент ПЦ500Д0, песок фракции от 0,125 до 0,63, гиперпластификатор, волокна, микрокремнезем, каменную муку, ускоритель набора прочности и воду. При осуществлении способа изготовления фибробетонной смеси соблюдают следующее соотношение компонентов, мас.%:

Причем при осуществлении способа изготовления фибробетонной смеси используют каменную муку из различных природных материалов или отходов, таких как, например, кварцевая мука, доломитовая мука, известняковая мука и т.п.

Гиперпластификатор можно использовать следующих марок: Sika ViscoCrete, Glenium и т.п.

При изготовлении смеси может быть введен ускоритель набора прочности, например Master X-Seed 100 (X-SEED 100) или аналогичные ускорители набора прочности.

Полученную самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести можно использовать при производстве художественных изделий, имеющих сложную конфигурацию, например ажурных изгородей (см. фиг. 2). Используют полученную смесь непосредственно после ее изготовления.

Способ изготовления бетонных изделий из самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, полученной описанным выше способом и имеющей указанный состав, осуществляется следующим образом.

Для изготовления ажурных изделий путем заливки самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести используют эластичные (полиуретановые, силиконовые, формопластовые) или жесткие пластиковые формы 1. Условно показана форма, имеющая простую конфигурацию, однако этот вид формы не показателен и избран для упрощения схемы. Форма устанавливается на технологический поддон 2. На внутреннюю, рабочую поверхность 3 формы производят распыление тонкого слоя воды, это в дальнейшем снижает количество пузырей защемленного воздуха на лицевой поверхности бетонного изделия.

После этого полученную фибробетонную смесь 4 заливают в форму, где она растекается и самоуплотняется под действием собственного веса, выдавливая находящийся в ней воздух. После самовыравнивания бетонной смеси в форме для более интенсивного выхода воздуха из бетонной смеси на залитый в форму бетон распыляют тонкий слой воды. Затем форму, заполненную фибробетонной смесью, накрывают сверху следующим технологическим поддоном 2, который создает закрытую камеру для более интенсивного набора прочности бетона (см. фиг.1 (a)).

На этот поддон выставляют новую форму, и процесс изготовления изделий повторяют. Таким образом, из одной порции подготовленной бетонной смеси может быть заполнено последовательно несколько форм, установленных друг над другом, что обеспечивает повышение эффективности использования приготовленной фибробетонной смеси. Формы, заполненные фибробетонной смесью оставляют для отверждения смеси примерно на 15 часов.

Через 15 часов бетонные изделия расформовывают и направляют на шлифовку тыльной стороны, а затем в пропарочную камеру или в камеру тепло-влажностной обработки (ТВО), где изделия выдерживают до полного набора прочности.

Использование изобретения позволяет производить высоко-декоративные ажурные и тонкостенные высокопрочные бетонные изделия марки М1000 и выше по упрощенной литьевой технологии без использования виброуплотнения.

Изобретение может быть осуществлено с использованием перечисленных известных компонентов при соблюдении количественных пропорций и описанных технологических режимов. При осуществлении изобретения может быть применено известное оборудование.

Пример осуществления способа приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести.

Сначала взвешиваются все компоненты смеси и отмеряют в приведенном количестве (масс.%):

Затем в смеситель заливают отмеренное количество воды и гиперпластификатора Sika ViscoCrete 20 Gold. После чего смеситель включают и перемешивают компоненты. В процессе перемешивания воды и гиперпластификатора последовательно засыпают следующие компоненты смеси: портландцемент ПЦ500 Д0, микрокремнезем, кварцевую муку. Процесс перемешивания ведут непрерывно в течение 2-3 минут.

На следующем этапе последовательно вводят песок фр. 0,125-0,63 и фибру стальную 0,22×13мм. Бетонную смесь перемешивают в течение 2-3 минут.

Уменьшение времени перемешивания не позволяет получить однородную смесь, а увеличение времени перемешивания не дает дополнительного улучшения качества смеси, но затягивает процесс.

После чего бетонная смесь готова к использованию.

Общее время изготовления фибробетонной смеси составляет от 12 до 15 минут, данное время включает в себя дополнительные операции по засыпке компонентов.

Приготовленную самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести используют для изготовления ажурных изделий путем заливки в формы.

Примеры состава получаемой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, изготовленной заявленным способом приведены в таблице 1.

1. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, заключающийся в перемешивании компонентов бетонной смеси до получения требуемой текучести, отличающийся тем, что смешивание компонентов, фибробетонной смеси осуществляют последовательно, причем первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин до получения фибробетонной смеси, содержащей, мас.%:

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее время приготовления бетонной смеси составляет от 12 до 15 минут.

3. Способ изготовления изделий в формах из фибробетонной смеси, приготовленной способом по пп.1, 2, заключающийся в подаче смеси в формы и последующей термообработке в пропарочной камере, причем первоначально на внутреннюю, рабочую поверхность формы распыляют тонкий слой воды, после заполнения формы смесью распыляют на ее поверхности тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу смеси в формы осуществляют последовательно, накрывая заполненную форму сверху технологическим поддоном, после установки технологического поддона процесс изготовления изделий повторяют многократно, устанавливая следующую форму на технологический поддон над предыдущей и заполняя ее.

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения бетонных строительных изделий, подвергающихся тепловлажностной обработке при твердении, для гражданского и промышленного строительства.

Изобретение относится к конструкционным материалам и может использоваться в различных отраслях промышленности, например в дорожном и гражданском строительстве. Технический результат заключается в повышении трещиностойкости, прочности, стойкости микроармирующего компонента к воздействию агрессивной щелочной среды цементного камня.

Объектом настоящего изобретения является предварительная сухая вяжущая смесь, содержащая в масc.%: портландцементный клинкер с удельной поверхностью по Блейну, составляющей от 4500 до 9500 см2/г, предпочтительно от 5500 до 8000 см2/г, при этом минимальное количество упомянутого клинкера в массовых процентах относительно общей массы предварительной смеси определяют по следующей формуле (I): [-6.10-3×SSBk]+75, в которой SSBk является удельной поверхностью по Блейну, выраженной в см2/г; летучие золы; по меньшей мере один сульфат щелочного металла, при этом количество сульфата щелочного металла определяют таким образом, чтобы количество эквивалентного Na2O в предварительной смеси превышало или было равно 5 масc.% по отношению к массе летучих зол; по меньшей мере один источник SO3 в таком количестве, чтобы количество SO3 в предварительной смеси превышало или было равно 2 масc.% по отношению к массе портландцементного клинкера; дополнительные материалы, имеющие Dv90, меньший или равный 200 мкм, которые выбирают из порошков известняка, при этом количество клинкера+количество летучих зол превышает или равно 75 масc.%, предпочтительно 78 масc.% по отношению к общей массе предварительной смеси; при этом общее количество клинкера в предварительной смеси строго меньше 60 масc.% по отношению к общей массе предварительной смеси.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Сырьевая смесь для получения искусственной породы включает, мас.%: портландцемент 26-30, кварцевый песок 48,44-56,9, вода 16-20, волокнистая металлокерамика 1,0-1,5, фенилэтоксисилоксан 0,06-0,1.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству бетонных стеновых блоков. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 25,0-27,0; характеризующийся гранулометрическим составом, мас.%: частицы крупнее 0,63 мм, но мельче 1 мм - 0,2; крупнее 0,315 мм, но мельче 0,63 мм - 4,8; крупнее 0,14 мм, но мельче 0,315 мм - 62; мельче 0,14 мм - 33 золошлаковый наполнитель 15,0-19,0; дробленая и просеянная через сетку №10 шлаковая пемза плотностью 0,4-1,6 г/см3 30,3-34,3; алюминиевая пудра 0,1-0,2; суперпластификатор С-3 0,5-0,6; вода 23,0-25,0.

Изобретение относится к области производства искусственных материалов, имитирующих природные. Сырьевая смесь для изготовления материала, имитирующего природный камень, включающая измельченную слюду и жидкое стекло, дополнительно включает воду, белый портландцемент, кварцевый песок, пигмент фталоцианиновый зеленый или пигмент фталоцианиновый голубой при следующем соотношении компонентов, мас.%: измельченная и просеянная через сетку №5 слюда 35,0-40,0, жидкое стекло 3,0-5,0, вода 16,0-18,0, белый портландцемент 27,0-31,0, кварцевый песок 10,7-13,9, пигмент фталоцианиновый зеленый или пигмент фталоцианиновый голубой 0,1-0,3. // 2530816

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения бетонных строительных изделий, подвергающихся тепловлажностной обработке при твердении, для гражданского и промышленного строительства.

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для производства строительных материалов, в частности пористых искусственных изделий, и может быть использовано при изготовлении гранулированного теплоизоляционного материала и особо легкого заполнителя для бетонов. Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала содержит, мас.%: микрокремнезем 33,5-45, золошлаковую смесь 3,0-14,5, отход обогащения апатито-нефелиновой руды 25-30, гидроксид натрия (в пересчете на Na2O) 22-27, двууглекислый аммоний 0,5-1,5. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат - повышение прочности гранулированного теплоизоляционного материала при снижении его водопоглощения, утилизация техногенных отходов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов и применяется для изготовления бетонных изделий: высокохудожественных ажурных ограждений и решеток, столбов, тонкой тротуарной плитки и бордюрного камня, тонкостенной плитки для внутренней и внешней облицовки зданий и сооружений, декоративных изделий и малых архитектурных форм. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси заключается в последовательном перемешивании компонентов до получения смеси с требуемой текучестью. Первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин. Получают самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, которая содержит в своем составе следующие компоненты: портландцемент ПЦ500Д0, песок фракции от 0,125 до 0,63, гиперпластификатор, волокна, микрокремнезем, каменную муку, ускоритель набора прочности и воду. Способ изготовления бетонных изделий в формах заключается в приготовлении бетонной смеси, подаче смеси в формы и последующей выдержке в пропарочной камере. Внутреннюю, рабочую поверхность формы подвергают обработке тонким слоем воды, затем заливают в форму самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести. После заполнения формы распыляют на поверхность смеси тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном. Технический результат - получение самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, обладающей высокими прочностными характеристиками, имеющей низкую стоимость и позволяющей изготавливать ажурные изделия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов и применяется для изготовления бетонных изделий: высокохудожественных ажурных ограждений и решеток, столбов, тонкой тротуарной плитки и бордюрного камня, тонкостенной плитки для внутренней и внешней облицовки зданий и сооружений, декоративных изделий и малых архитектурных форм. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси заключается в последовательном перемешивании компонентов до получения смеси с требуемой текучестью. Первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин. Получают самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, которая содержит в своем составе следующие компоненты: портландцемент ПЦ500Д0, песок фракции от 0,125 до 0,63, гиперпластификатор, волокна, микрокремнезем, каменную муку, ускоритель набора прочности и воду. Способ изготовления бетонных изделий в формах заключается в приготовлении бетонной смеси, подаче смеси в формы и последующей выдержке в пропарочной камере. Внутреннюю, рабочую поверхность формы подвергают обработке тонким слоем воды, затем заливают в форму самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести. После заполнения формы распыляют на поверхность смеси тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном. Технический результат - получение самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, обладающей высокими прочностными характеристиками, имеющей низкую стоимость и позволяющей изготавливать ажурные изделия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов и применяется для изготовления бетонных изделий: высокохудожественных ажурных ограждений и решеток, столбов, тонкой тротуарной плитки и бордюрного камня, тонкостенной плитки для внутренней и внешней облицовки зданий и сооружений, декоративных изделий и малых архитектурных форм.

Известен способ изготовления декоративных строительных изделий и/или декоративных покрытий путем перемешивания с водой вяжущего, содержащего портландцементный клинкер, модификатор, включающий органический водопонижающий компонент и некоторое количество ускорителя твердения и гипс, пигментов, заполнителей, минеральных и химических (функциональных) добавок, причем полученную смесь выдерживают до насыщения бентонитовой глины (функциональная добавка стабилизатор смеси) пропиленгликолем (органический водопонижающий компонент), фиксации полученного комплекса гелеобразователем гидроксипропилцеллюлозой, укладки, формования, уплотнения и термообработки. Причем перемешивание сухих компонентов и приготовление смеси осуществляют в разных смесителях (см. патент РФ № 2084416, МПК6 С04В 7/52, 1997 г.).

Недостатком данного решения является необходимость применения различного оборудования для смешивания компонентов смеси и последующего проведения операций уплотнения, что усложняет и удорожает технологию. Кроме того, при использовании данного способа невозможно получить изделия с тонкими и ажурными элементами.

Известен способ приготовления смеси для производства строительных изделий, включающий активизацию вяжущего путем совместного помола портландцементного клинкера с сухим суперпластификатором и последующее смешение с наполнителем и водой, причем сначала осуществляют смешение активированного наполнителя с 5-10% воды затворения, затем вводят активированное вяжущее и смесь перемешивают, после чего вводят 40 - 60% воды затворения и смесь перемешивают, затем вводят оставшуюся воду и осуществляют окончательное перемешивание до получения однородной смеси. Постадийное смешение компонентов осуществляют в течение 0,5-1 мин. Изготовленные из полученной смеси изделия необходимо выдерживать при температуре 20°C и влажности 100% в течение 14 сут (см. патент РФ № 2012551, МПК5 C04B 40/00, 1994 г.).

Недостатком известного способа является сложная и дорогостоящая операция по совместному помолу вяжущего и суперпластификатора, требующая больших затрат на организацию смешивающего и помольного комплекса. Кроме того, при использовании данного способа невозможно получить изделия с тонкими и ажурными элементами.

Известен состав для приготовления самоуплотняющегося бетона, содержащий:

100 мас. частей цемента,

50-200 мас. частей смесей песков из кальцинированных бокситов разного гранулометрического состава, наиболее тонкий песок среднего гранулометрического состава менее 1 мм, наиболее крупный песок среднего гранулометрического состава менее 10 мм;

5-25 мас. частей сверхмалых частиц карбоната кальция и белой сажи, причем содержание белой сажи составляет не более 15 мас. частей;

0,1-10 мас. частей противопенного средства;

0,1-10 мас. частей суперпластификатора;

15-24 мас. частей волокон;

10-30 мас. частей воды.

Массовое отношение между количеством сверхмалых частиц карбоната кальция в бетоне и количеством белой сажи может достигать 1:99-99:1, предпочтительно 50:50-99:1 (см. патент РФ № 2359936, МПК С04В 28/04 С04В 111/20 С04В 111/62 (2006.01), 2009 г., п.12).

Недостатком указанного бетона является использование дорогостоящих песков из кальцинированных бокситов, применяемых обычно в алюминиевом производстве, а также избыточное количество цемента, что ведет, соответственно, к увеличению расхода остальных весьма дорогостоящих компонентов бетона и, соответственно, к увеличению его стоимости.

Проведенный поиск показал, что не найдено решений, обеспечивающих получение реакционно-порошкового самоуплотняющегося бетона.

Известен способ приготовления бетона с добавкой волокон, в котором все компоненты бетона смешивают до получения бетона с требуемой текучестью или сначала смешивают сухие компоненты, такие как цемент, разные виды песка, сверхмалые частицы карбоната кальция, белая сажа и, возможно, суперпластификатор и противопенное средство, после чего добавляют в смесь воду, и при необходимости суперпластификатор, и противопенное средство, если они присутствуют в жидком виде, и при необходимости волокна, и перемешивают до получения бетона с требуемой текучестью. После перемешивания, например, в течение 4-16 минут полученный бетон может легко формоваться благодаря своей очень высокой текучести (см. патент РФ № 2359936, МПК С04В 28/04, С04В 111/20, С04В 111/62 (2006.01), 2009 г., п.12). Данное решение принято за прототип.

Полученный самоуплотняющийся со сверхвысокими свойствами бетон может быть применен для изготовления сборных элементов, таких как столбы, поперечные балки, балки, перекрытия, плиточное покрытие, художественные сооружения, предварительно напряженных элементов или композиционных материалов, материала для заделки зазоров между конструкционными элементами, элементов систем ассенизации или в архитектуре.

Недостатком указанного способа является большой расход цемента для приготовления 1 м3 смеси, что влечет за собой увеличение стоимости бетонной смеси и изделий из нее из-за увеличения расхода остальных компонентов. Кроме того, описанный в изобретении способ использования полученного бетона не несет каких-либо сведений, каким образом можно изготовить, например, художественные ажурные и тонкостенные бетонные изделия.

Широко известны способы изготовления различных изделий из бетона, когда залитый в форму бетон впоследствии подвергают виброуплотнению.

Однако с помощью таких известных способов невозможно получить художественных, ажурных и тонкостенных бетонных изделий.

Известен способ изготовления бетонных изделий в упаковочных формах, заключающийся в приготовлении бетонной смеси, подачи смеси в формы, твердении. Используется воздушно- и влагоизоляционная форма в виде упаковочных тонкостенных многокамерных форм, покрытых после подачи в них смеси воздухо- и влагоизоляционным покрытием. Твердение изделий производят в герметичных камерах в течение 8-12 часов (см. патент на изобретение Украины № UA 39086, МПК7 В28В 7/11; В28В 7/38; С04В 40/02, 2005 г.).

Недостатком известного способа является большая стоимость форм, используемых для изготовления бетонных изделий, а также невозможность изготовления таким способом художественных, ажурных и тонкостенных бетонных изделий.

Первая задача - получение состава самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с требуемой удобоукладываемостью и необходимыми прочностными характеристиками, что позволит снизить стоимость получаемой самоуплотняющейся бетонной смеси.

Вторая задача - повышение прочностных характеристик в суточном возрасте при оптимальной удобоукладываемости смеси и улучшение декоративных свойств лицевых поверхностей изделий из бетона.

Первая поставленная задача решается за счет того, что разработан способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси, заключающийся в перемешивании компонентов бетонной смеси до получения требуемой текучести, в котором смешивание компонентов фибробетонной смеси осуществляют последовательно, причем первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин до получения фибробетонной смеси, содержащей компоненты, мас.%:

Общее время приготовления бетонной смеси составляет от 12 до 15 минут.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, повышении качества и растекаемости фибробетонной смеси, за счет специально подобранного состава, последовательности введения и времени перемешивания смеси, что ведет к существенному повышению текучести и прочностных характеристик бетона до М1000 и выше, снижению необходимой толщины изделий.

Выполнение смешивания ингредиентов в определенной последовательности, когда первоначально в смесителе перемешивают отмеренное количество воды и гиперпластификатора, затем добавляют цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают в течении 2-3 минут, после чего вводят песок и фибру и полученную бетонную смесь перемешивают в течении 2-3 минут, позволяет обеспечить значительное повышение качества и характеристик текучести (удобоукладываемости) получаемой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, обладающей высокими прочностными характеристиками и имеющей низкую стоимость. Соблюдение приведенного соотношения компонентов смеси, мас.%:

позволяет получить самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, обладающую высокими прочностными характеристиками и имеющую при этом низкую стоимость.

Использование приведенных выше компонентов при соблюдении указанной пропорции в количественном соотношении позволяет при получении самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с требуемой текучестью и высокими прочностными качествами обеспечить низкую стоимость получаемой смеси и повысить, таким образом, ее потребительские свойства. Использование таких компонентов, как микрокремнезем, каменная мука, позволяет уменьшить процентное содержание цемента, что влечет за собой снижение процентного содержания других дорогостоящих компонентов (гиперпластификатора, например), а также отказаться от использования дорогих песков из кальцинированных бокситов, что также ведет к снижению стоимости бетонной смеси, но не влияет на ее прочностные качества.

Вторая поставленная задача решается за счет того, что разработан способ изготовления изделий в формах из фибробетонной смеси, приготовленной описанным выше способом, заключающийся в подаче смеси в формы и последующей выдержке для отверждения, причем первоначально на внутреннюю, рабочую поверхность формы распыляют тонкий слой воды, а после заполнения формы смесью распыляют на ее поверхности тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном.

Причем подачу смеси в формы осуществляют последовательно, накрывая заполненную форму сверху технологическим поддоном, после установки технологического поддона процесс изготовления изделий повторяют многократно, устанавливая следующую форму на технологический поддон над предыдущей.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества лицевой поверхности изделия, существенном повышении прочностных характеристик изделия, за счет применения самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, специальной обработки форм и организации ухода за бетоном в суточном возрасте. Организация ухода за бетоном в суточном возрасте заключается в обеспечении достаточной гидроизоляции форм с залитым в них бетоном путем покрытия верхнего слоя бетона в форме водяной пленкой и накрытия форм поддонами.

Технический результат достигается за счет применения самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, которая позволяет производить очень тонкие и ажурные изделия любой конфигурации, повторять любые фактуры и виды поверхностей, исключает процесс виброуплотнения при формовке изделий, а также позволяет использовать любые формы (эластичные, стеклопластиковые, металлические, пластиковые и др.) для производства изделий.

Предварительное смачивание формы тонким слоем воды и завершающая операция распыления на поверхности залитой фибробетонной смеси тонкого слоя воды, накрывание формы с бетоном следующим технологическим поддоном в целях создания герметичной камеры для лучшего созревания бетона позволяет исключить появление воздушных пор от защемленного воздуха, добиться высокого качества лицевой поверхности изделий, снизить испарение воды из твердеющего бетона и повысить прочностные характеристики получаемых изделий.

Количество заливаемых одновременно форм выбирается из расчета объема полученной самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси.

Получение самоуплотняющейся фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести и за счет этого с улучшенными качествами удобоукладываемости позволяет при изготовлении художественных изделий не применять вибростол и упростить технологию изготовления, при этом повысить прочностные характеристики художественных изделий из бетона.

Технический результат достигается за счет специально подобранного состава мелкозернистой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси, режима последовательности введения компонентов, способа обработки форм и организации ухода за бетоном в суточном возрасте.

Преимущества данной технологии и используемого бетона:

Использование песка модуля крупности фр. 0,125-0,63;

Отсутствие в составе бетонной смеси крупного заполнителя;

Возможность изготовления бетонных изделий с тонкими и ажурными элементами;

Идеальная поверхность бетонных изделий;

Возможность изготовления изделий с заданной шероховатостью и текстурой поверхности;

Высокая марочная прочность бетона на сжатие, не менее М1000;

Высокая марочная прочность бетона при изгибе, не менее Ptb100;

Настоящее изобретение подробнее поясняется ниже с помощью примеров выполнения, которые не являются ограничительными.

Фиг. 1 (а, б) - схема изготовления изделий - заливка полученного фибробетона в формы;

Фиг. 2 - вид сверху на изделие, получаемое с использованием заявленного изобретения.

Способ получения самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, содержащей указанные выше компоненты, осуществляют следующим образом.

Сначала взвешиваются все компоненты смеси. Затем в смеситель заливают отмеренное количество воды, гиперпластификатора. После чего смеситель включают. В процессе перемешивания воды, гиперпластификатора последовательно засыпают следующие компоненты смеси: цемент, микрокремнезем, каменную муку. При необходимости для окрашивания бетона в массе в него можно добавить железоокисные пигменты. После введения этих компонентов в смеситель полученная суспензия перемешивается от 2 до 3 минут.

На следующем этапе последовательно вводят песок и фибру и бетонную смесь перемешивают от 2 до 3 минут. После чего бетонная смесь готова к использованию.

В ходе приготовления смеси вводят ускоритель набора прочности.

Полученная самоуплотняющаяся особовысокопрочная реакционно-порошковая фибробетонная смесь с очень высокими свойствами текучести представляет собой жидкую консистенцию, одним из показателей которой является расплыв конуса Хагермана на стекле. Чтобы смесь хорошо растекалась, расплыв должен быть не менее 300 мм.

В результате применения заявленного способа получают самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести, которая содержит в своем составе следующие компоненты: портландцемент ПЦ500Д0, песок фракции от 0,125 до 0,63, гиперпластификатор, волокна, микрокремнезем, каменную муку, ускоритель набора прочности и воду. При осуществлении способа изготовления фибробетонной смеси соблюдают следующее соотношение компонентов, мас.%:

Причем при осуществлении способа изготовления фибробетонной смеси используют каменную муку из различных природных материалов или отходов, таких как, например, кварцевая мука, доломитовая мука, известняковая мука и т.п.

Гиперпластификатор можно использовать следующих марок: Sika ViscoCrete, Glenium и т.п.

При изготовлении смеси может быть введен ускоритель набора прочности, например Master X-Seed 100 (X-SEED 100) или аналогичные ускорители набора прочности.

Полученную самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести можно использовать при производстве художественных изделий, имеющих сложную конфигурацию, например ажурных изгородей (см. фиг. 2). Используют полученную смесь непосредственно после ее изготовления.

Способ изготовления бетонных изделий из самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, полученной описанным выше способом и имеющей указанный состав, осуществляется следующим образом.

Для изготовления ажурных изделий путем заливки самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести используют эластичные (полиуретановые, силиконовые, формопластовые) или жесткие пластиковые формы 1. Условно показана форма, имеющая простую конфигурацию, однако этот вид формы не показателен и избран для упрощения схемы. Форма устанавливается на технологический поддон 2. На внутреннюю, рабочую поверхность 3 формы производят распыление тонкого слоя воды, это в дальнейшем снижает количество пузырей защемленного воздуха на лицевой поверхности бетонного изделия.

После этого полученную фибробетонную смесь 4 заливают в форму, где она растекается и самоуплотняется под действием собственного веса, выдавливая находящийся в ней воздух. После самовыравнивания бетонной смеси в форме для более интенсивного выхода воздуха из бетонной смеси на залитый в форму бетон распыляют тонкий слой воды. Затем форму, заполненную фибробетонной смесью, накрывают сверху следующим технологическим поддоном 2, который создает закрытую камеру для более интенсивного набора прочности бетона (см. фиг.1 (a)).

На этот поддон выставляют новую форму, и процесс изготовления изделий повторяют. Таким образом, из одной порции подготовленной бетонной смеси может быть заполнено последовательно несколько форм, установленных друг над другом, что обеспечивает повышение эффективности использования приготовленной фибробетонной смеси. Формы, заполненные фибробетонной смесью оставляют для отверждения смеси примерно на 15 часов.

Через 15 часов бетонные изделия расформовывают и направляют на шлифовку тыльной стороны, а затем в пропарочную камеру или в камеру тепло-влажностной обработки (ТВО), где изделия выдерживают до полного набора прочности.

Использование изобретения позволяет производить высоко-декоративные ажурные и тонкостенные высокопрочные бетонные изделия марки М1000 и выше по упрощенной литьевой технологии без использования виброуплотнения.

Изобретение может быть осуществлено с использованием перечисленных известных компонентов при соблюдении количественных пропорций и описанных технологических режимов. При осуществлении изобретения может быть применено известное оборудование.

Пример осуществления способа приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести.

Сначала взвешиваются все компоненты смеси и отмеряют в приведенном количестве (масс.%):

Затем в смеситель заливают отмеренное количество воды и гиперпластификатора Sika ViscoCrete 20 Gold. После чего смеситель включают и перемешивают компоненты. В процессе перемешивания воды и гиперпластификатора последовательно засыпают следующие компоненты смеси: портландцемент ПЦ500 Д0, микрокремнезем, кварцевую муку. Процесс перемешивания ведут непрерывно в течение 2-3 минут.

На следующем этапе последовательно вводят песок фр. 0,125-0,63 и фибру стальную 0,22×13мм. Бетонную смесь перемешивают в течение 2-3 минут.

Уменьшение времени перемешивания не позволяет получить однородную смесь, а увеличение времени перемешивания не дает дополнительного улучшения качества смеси, но затягивает процесс.

После чего бетонная смесь готова к использованию.

Общее время изготовления фибробетонной смеси составляет от 12 до 15 минут, данное время включает в себя дополнительные операции по засыпке компонентов.

Приготовленную самоуплотняющуюся особовысокопрочную реакционно-порошковую фибробетонную смесь с очень высокими свойствами текучести используют для изготовления ажурных изделий путем заливки в формы.

Примеры состава получаемой самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, изготовленной заявленным способом приведены в таблице 1.

1. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести, заключающийся в перемешивании компонентов бетонной смеси до получения требуемой текучести, отличающийся тем, что смешивание компонентов, фибробетонной смеси осуществляют последовательно, причем первоначально в смесителе перемешивают воду и гиперпластификатор, затем засыпают цемент, микрокремнезем, каменную муку и перемешивают смесь в течение 2-3 мин, после чего вводят песок и фибру и перемешивают в течение 2-3 мин до получения фибробетонной смеси, содержащей, мас.%:

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее время приготовления бетонной смеси составляет от 12 до 15 минут.

3. Способ изготовления изделий в формах из фибробетонной смеси, приготовленной способом по пп.1, 2, заключающийся в подаче смеси в формы и последующей термообработке в пропарочной камере, причем первоначально на внутреннюю, рабочую поверхность формы распыляют тонкий слой воды, после заполнения формы смесью распыляют на ее поверхности тонкий слой воды и накрывают форму технологическим поддоном.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу смеси в формы осуществляют последовательно, накрывая заполненную форму сверху технологическим поддоном, после установки технологического поддона процесс изготовления изделий повторяют многократно, устанавливая следующую форму на технологический поддон над предыдущей и заполняя ее.

www.findpatent.ru

высокоэффективные реакционно-порошковые высокопрочные и сверхпрочные бетоны и фибробетоны (варианты) - заявка на патент 2012113330

Заявитель: Володин Владимир Михайлович (RU)

1. Реакционно-порошковый сверхпрочный бетон, содержащий портландцемент ПЦ 500 Д0 (серый или белый), суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного - стекловидного кремнезема не менее 85-95%, отличающийся тем, что дополнительно включает молотый кварцевый песок (микрокварц) или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г, тонкозернистый кварцевый песок узкого гранулометрического состава фракции 0,1-0,5÷0,16-0,63 мм, имеет удельный расход цемента на единицу прочности бетона не более 4,5 кг/МПа, обладает высокой плотность с новой рецептурой и с новым структурно-топологическим строением, при следующем содержании компонентов, % от массы сухих компонентов в бетонной смеси:

Микрокремнезем - 3,2-6,8%;

Вода - В/Т=0,95-0,12.

2. Реакционно-порошковый сверхпрочный фибробетон, содержащий портландцемент ПЦ 500 Д0 (серый или белый), суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного-стекловидного кремнезема не менее 85-95%, отличающийся тем, что дополнительно включает молотый кварцевый песок (микрокварц) или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г, тонкозернистый кварцевый песок узкого гранулометрического состава фракции 0,1-0,5÷0,16-0,63 мм, а также содержанием фибры стальной металлокорд (диаметр 0,1-0,22 мм, длина 6-15 мм), базальтовой и углеродные волокна, имеет удельный расход цемента на единицу прочности бетона не более 4,5 кг/МПа, а удельный расход фибры на единицу прироста прочности на растяжение при изгибе, не превышает 9,0 кг/МПа обладает высокой плотность с новой рецептурой и с новым структурно-топологическим строением, а также бетон имеет дуктильный (пластичный) характер разрушения при следующем содержании компонентов, % от массы сухих компонентов в бетонной смеси:

Портландцемент (серый или белый) марки не ниже ПЦ 500 Д0 - 30,9-34%;

Суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира - 0,2-0,5%;

Микрокремнезем - 3,2-6,8%;

Молотый кварцевый песок (микрокварц) или каменная мука - 12,3-17,2%;

Тонкозернистый кварцевый песок - 53,4-41,5%;

Фибра стальная металлокорд 1,5-5,0% по объему бетона;

Фибра базальтовая и углеродные волокна 0,2-3,0% по объему бетона;

Вода - В/Т=0,95-0,12.

www.freepatent.ru

Строительные статьи

В статье описываются свойства и возможности высокопрочных порошковых бетонов, а также области и технологии их применения.

Высокие темпы строительства жилых и промышленных зданий с новыми и уникальными архитектурными формами и особенно специальных особо нагруженных сооружений (таких, как большепролетные мосты, небоскребы, морские нефтяные платформы, резервуары для хранения газов и жидкостей под давлением и др.) потребовали разработки новых эффективных бетонов. Значительный прогресс в этом особо отмечается с конца 80-х годов прошлого столетия. Современные высококачественные бетоны (ВКБ) классификационно сочетают в себе большой спектр бетонов различного назначения: высокопрочные и ультра высокопрочные бетоны [см. Bornemann R., Fenling E. Ultrahochfester Beton-Entwicklung und Verhalten.// Leipziger Massivbauseminar, 2000, Bd. 10; Schmidt M. Bornemann R. M?glichkeiten und Crensen von Hochfestem Beton.// Proc. 14, Jbausil, 2000, Bd. 1], самоуплотняющиеся бетоны , высоко коррозионностойкие бетоны. Эти виды бетонов удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение, трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости.

Безусловно, переходу на новые виды бетонов способствовали, во-первых, революционные достижения в области пластифицирования бетонных и растворных смесей, а во-вторых, появление наиболее активных пуццолановых добавок – микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. Сочетания суперпластификаторов и особенно экологически чистых гиперпластификторов на поликарбоксилатной, полиакрилатной и полигликолиевой основе позволяют получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси. Благодаря этим достижениям количество компонентов в бетоне с химическими добавками достигло 6–8, водоцементное отношение снизилось до 0,24–0,28 при сохранении пластичности, характеризующейся осадкой конуса 4–10 см. В самоуплотняющихся бетонах (Selbstverdichtender Beton-SVB) с добавкой каменной муки (КМ) или без нее, но с добавкой МК в высокоработоспособных бетонах (Ultrahochfester Beton, Ultra hochleistung Beton) на гиперпластификаторах в отличие от литых на традиционных СП совершенная текучесть бетонных смесей сочетается с низкой седиментацией и самоуплотнением при самопроизвольном удалении воздуха.

«Высокая» реология при значительном водопонижении в суперпластифицированных бетонных смесях обеспечивается жидкотекучей реологической матрицей, которая имеет различные масштабные уровни структурных элементов, составляющих ее. В щебеночных бетонах для щебня реологической матрицей на различном микро-мезоуровне служит цементно-песчаный раствор. В пластифицированных бетонных смесях для высокопрочных бетонов для щебня как макроструктурного элемента реологической матрицей, доля которой должна быть значительно выше, чем в обычных бетонах, является более сложная дисперсия, состоящая из песка, цемента, каменной муки, микрокремнезема и воды. В свою очередь для песка в обычных бетонных смесях реологической матрицей на микроуровне является цементно-водная паста, увеличить долю которой для обеспечения текучести можно за счет увеличения количества цемента. Но это, с одной стороны, неэкономично (особенно для бетонов классов В10 – В30), с другой – как это ни парадоксально, суперпластификаторы являются плохими водоредуцирующими добавками для портландцемента, хотя все они создавались и создаются для него. Практически все суперпластификаторы, как было показано нами, начиная с 1979 г., «работают» значительно лучше на многих минеральных порошках или на смеси их с цементом [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. – Воронеж, 1996], чем на чистом цементе. Цемент – нестабильная в воде, гидратирующаяся система, образующая коллоидные частицы сразу же после контакта с водой и быстро загустевающая. А коллоидные частицы в воде трудно диспергировать суперпластификаторами. Примером являются глинистые суспензии слабо поддающиеся суперразжижению.

Таким образом, напрашивается вывод: к цементу надо добавлять каменную муку, и она увеличит не только реологическое воздействие СП на смесь, но и долю самой реологической матрицы. В результате появляется возможность значительно снизить количество воды, повысить плотность и увеличить прочность бетона. Добавление каменной муки практически будет равносильно увеличению цемента (если водоредуцирующие эффекты будут значительно выше, чем при добавлении цемента).

Важно здесь акцентировать внимание не на замене части цемента каменной мукой, а добавлении ее (причем значительной доли – 40–60 %) к портландцементу. Исходя из полиструктурной теории в 1985–2000 гг. все работы по изменению полиструктуры преследовали цель замены на 30–50 % портландцемента минеральными наполнителями для экономии его в бетонах [см. Соломатов В. И., Выровой В. Н. и др. Композиционные строительные материалы и конструкции пониженной материалоемкости. – Киев: Будивельник, 1991; Аганин С. П. Бетоны низкой водопотребности с модифицированным кварцевым наполнителем: Автореферат на соискание уч. степени канд. техн. наук. – М, 1996; Фадель И. М. Интенсивная раздельная технология бетона, наполненного базальтом: Автореферат дис. канд. техн. наук – М, 1993]. Стратегия экономии портландцементов в бетонах той же прочности уступит место стратегии экономии бетона с в 2–3 раза более высокой прочностью не только при сжатии, но и при изгибном и осевом растяжении, при ударе. Экономия бетона в более ажурных конструкциях даст более высокий экономический эффект, чем экономия цемента.

Рассматривая составы реологических матриц на различных масштабных уровнях, устанавливаем, что для песка в высокопрочных бетонах реологической матрицей на микроуровне является сложная смесь цемента, муки, кремнезема, суперпластификатора и воды. В свою очередь для высокопрочных бетонов с микрокремнеземом для смеси цемента и каменной муки (равной дисперсности) как структурных элементов появляется еще одна реологическая матрица с меньшим масштабным уровнем – смесь микрокремнезема, воды и суперпластификатора.

Для щебеночных бетонов эти масштабы структурных элементов реологических матриц соответствуют масштабам оптимальной гранулометрии сухих компонентов бетона для получения высокой плотности его.

Таким образом, добавление каменной муки выполняет как структурно-реологическую функцию, так и матрично-наполняющую. Для высокопрочных бетонов не менее важна реакционно-химическая функция каменной муки, которую с более высоким эффектом выполняют реакционно-активные микрокремнезем и микродегидратированный каолин.

Максимальные реологические и водоредуцирующие эффекты, обусловленные адсорбцией СП на поверхности твердой фазы, генетически свойственны тонкодисперсным системам с высокой поверхностью раздела.

Таблица 1.

Реологическое и водоредуцирующее действие СП в водноминеральных системах

Из таблицы 1 видно, что в портландцементных литьевых суспензиях с СП водоредуцирующее действие последнего в 1,5–7,0 раз (sic!) выше, чем в минеральных порошках. Для горных пород это превышение может достигать 2–3 раз.

Таким образом, сочетание гиперпластификаторов с микрокремнеземом, каменной мукой или золой позволили поднять уровень прочности на сжатие до 130–150, а в некоторых случаях – до 180–200 МПа и более. Однако значительное повышение прочности ведет к интенсивному возрастанию хрупкости и понижению коэффициента Пуассона до 0,14–0,17, что приводит к риску внезапного разрушения конструкций при чрезвычайных происшествиях. Избавление от этого негативного свойства бетона осуществляется не cтолько армированием последнего стержневой арматурой, сколько комбинацией стержневой арматурой с введением волокон из полимеров, стекла и стали.

Основы пластифицирования и водоредуцирования минеральных и цементных дисперсных систем были сформулированы в докторской диссертации Калашникова В.И. [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. – Воронеж, 1996] в 1996 г. на основе ранее выполненных работ в период с 1979 по 1996 гг. [Калашников В. И., Иванов И. А. О структурно-реологическом состоянии предельно разжиженных высококонцентрированных дисперсных систем. // Труды IV Национальной конференции по механике и технологии композиционных материалов. – София: БАН, 1985; Иванов И. А., Калашников В. И. Эффективность пластифицирования минеральных дисперсных композиций в зависимости от концентрации в них твердой фазы. // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи. Тез. доклад III Всесоюзного симпозиума. – Рига. – РПИ, 1979; Калашников В. И., Иванов И. А. О характере пластифицирования минеральных дисперсных композиций в зависимости от концентрации в них твердой фазы.// Механика и технология композиционных материалов. Материалы II Национальной конференции. – София: БАН, 1979; Калашников В. И. О реакции различных минеральных композиций на нафталин-сульфокислотные суперпластификаторы и влияние на нее быстрорастворимых щелочей. // Механика и технология композиционных материалов. Материалы III Национальной конференции с участием зарубежных представителей. – София: БАН, 1982; Калашников В. И. Учет реологических изменений бетонных смесей с суперпластификаторами. // Материалы IX Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Ташкент, 1983). – Пенза. – 1983; Калашников В. И., Иванов И. А. Особенности реологических изменений цементных композиций под действием ионностабилизирующих пластификаторов. // Сборник трудов «Технологическая механика бетона». – Рига: РПИ, 1984]. Это и перспективы направленного использования максимально высокой водоредуцирующей активности СП в тонкодисперсных системах, особенности количественных реологических и структурно-механических изменений суперпластифицированных систем, заключающиеся в лавинообразном переходе их от твердофазного к жидкотекучему состояниям при супермалом добавлении воды. Это разработанные критерии гравитационной растекаемости и послетиксотропного ресурса течения высокодисперсных пластифицированных систем (под действием собственного веса) и самопроизвольного выравнивания дневной поверхности. Это выдвинутая концепция предельного концентрирования цементных систем тонкодисперсными порошками из пород осадочного, магматического и метаморфического происхождения, селективных по уровням высокого водоредуцирования к СП. Наиболее важные результаты, полученные в этих работах, состоят в возможности 5–15 кратного снижения расхода воды в дисперсиях при сохранении гравитационной растекаемости. Было показано, что совмещением реологически активных порошков с цементом можно усилить действие СП и получать высокоплотные отливки. Именно эти принципы реализованы в реакционно-порошковых бетонах с повышением плотности и прочности их (Reaktionspulver beton – RPB или Reactive Powder Concrete – RPC [см. Долгополов Н. Н., Суханов М. А., Ефимов С. Н. Новый тип цемента: структура цементного камня. // Строительные материалы. – 1994. – № 115]). Другим результатом является повышение редуцирующего действия СП с возрастанием дисперсности порошков [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. – Воронеж, 1996]. Это также используется в порошковых тонкозернистых бетонах путем увеличения доли тонкодисперсных составляющих за счет добавления к цементу микрокремнезема. Новым в теории и практике порошковых бетонов явилось использование мелкого песка фракции 0,1–0,5 мм, что сделало бетон тонкозернистым в отличие от обычного песчаного на песке фракции 0–5 мм. Проведенный нами расчет средней удельной поверхности дисперсной части порошкового бетона (состав: цемента – 700 кг; тонкого песка фр. 0,125–0,63 мм – 950 кг, базальтовой муки Sуд = 380 м2/кг – 350 кг, микрокремнезема Svд =3200 м2/кг – 140кг) при ее содержании 49 % от общей смеси с тонкозернистых песком фракции 0,125–0,5 мм показывает, что при дисперсности МК Sмк=3000м2/кг средняя поверхность порошковой части составляет Svд=1060м2/кг, а при Sмк=2000 м2/кг – Svд= 785 м2/кг. Именно на таких тонкодисперсных составляющих изготавливаются тонкозернистые реакционно-порошковые бетоны, в которых объемная концентрация твердой фазы без песка достигает 58–64 %, а вместе с песком – 76–77 % и мало уступает концентрации твердой фазы в суперпластифицированных тяжелых бетонах (Cv=0,80–0,85). Однако в щебеночных бетонах объемная концентрация твердой фазы за вычетом щебня и песка значительно ниже, что определяет высокую плотность дисперсной матрицы.

Высокая прочность обеспечивается наличием не только микрокремнезема или дегидратированного каолина, но и реакционно-активного порошка из молотой горной породы. По литературным данным, преимущественно вводится летучая зола, бальтовая, известняковая или кварцевая мука. Широкие возможности в производстве реакционно-активных порошковых бетонов открывались в СССР и России в связи с разработкой и исследованием композиционных вяжущих низкой водопотребности Баженовым Ю. М., Бабаевым Ш. Т., КомаромА. А., Батраковым В. Г. , Долгополовым Н. Н.. Было доказано, что замена цемента в процессе помола ВНВ карбонатной, гранитной, кварцевой мукой до 50 % существенно повышает водоредуцирующий эффект. В/Т-отношение, обеспечивающее гравитационную растекаемость щебеночных бетонов по сравнению с обычным введением СП снижается до 13–15 %, прочность бетона на таком ВНВ-50 достигает 90–100 МПа. По существу, на основе ВНВ, микрокремнезема, мелкого песка и дисперсной арматуры можно получить современные порошковые бетоны.

Дисперсно-армированные порошковые бетоны очень эффективны не только для несущих конструкций с комбинированным армированием предварительно-напряженной арматурой, но и для производства очень тонкостенных, в том числе пространственных архитектурных деталей.

По последним данным, возможно текстильное армирование конструкций. Именно развитие текстильно-волоконного производства (тканевых) объемных каркасов из высокопрочных полимерных и щелочестойких нитей в развитых зарубежных странах явилось мотивацией разработки более 10 лет назад во Франции и Канаде реакционно-порошковых бетонов с СП без крупных заполнителей с особо мелким кварцевым заполнителем, наполненных каменными порошками и микрокремнеземом. Бетонные смеси из таких тонкозернистых смесей растекаются под действием собственного веса, заполняя полностью густую сетчатую структуру тканого каркаса и все сопряжения филигранной формы.

«Высокая» реология порошковых бетонных смесей (ПБС) обеспечивает при содержании воды 10–12 % от массы сухих компонентов предел текучести?0= 5–15 Па, т.е. всего лишь в 5–10 раз выше, чем в масляных красок. При таком?0 для его определения можно использовать миниареометрический метод, разработанный нами в 1995 г. Низкий предел текучести обеспечивается оптимальной толщиной прослойки реологической матрицы. Из рассмотрения топологической структуры ПБС, средняя толщина прослойки Х определяется по формуле:

где – средний диаметр частиц песка; – объемная концентрация.

Для приведенного ниже состава при В/Т = 0,103 толщина прослойки будет 0,056 мм. De Larrard и Sedran установили, что для более мелких песков (d = 0,125–0,4 мм) толщина варьирует от 48 до 88 мкм.

Увеличение прослойки частиц снижает вязкость и предельное напряжение сдвига и увеличивает текучесть. Текучесть может возрастать за счет добавления воды и введения СП. В общем виде влияние воды и СП на изменение вязкости, предельного напряжения сдвига и текучести неоднозначно (рис. 1).

Суперпластификатор понижает вязкость в значительно меньшей степени, чем добавление воды, в то время как понижение предела текучести за счет СП значительно более высокое, чем под влиянием воды.

Рис. 1. Влияние СП и воды на вязкость, предел текучести и текучесть

Основные свойства суперпластифицированных предельно наполненных систем состоят в том, что вязкость может быть достаточно высокой и система может медленно течь, если предел текучести мал. Для обычных систем без СП вязкость может быть малой, но повышенный предел текучести препятствует растеканию их, т.к у них отсутствует послетиксотропный ресурс течения [см. Калашников В. И., Иванов И. А. Особенности реологических изменений цементных композиций под действием ионностабилизирующих пластификаторов. // Сборник трудов «Технологическая механика бетона». – Рига: РПИ, 1984].

Реологические свойства зависят от вида и дозировки СП. Влияние трех видов СП показано на рис. 2. Наиболее эффективным СП является Woerment 794.

Рис. 2 Влияние вида и дозировки СП на?о: 1 – Woerment 794; 2 – С-3; 3 – Melment F 10

При этом менее селективным оказался не отечественный СП С-3, а зарубежный СП на меламиновой основе Мelment F10.

Растекаемость порошковых бетонных смесей чрезвычайно важна при формировании бетонных изделий с уложенными в форму ткаными объемно-сеточными каркасами.

Такие объемные ажурно-тканевые каркасы в форме тавра, двутавра, швеллера и других конфигураций позволяют осуществлять быстрое армирование, заключающееся в установке и фиксации каркаса в форме с последующей заливкой суспензионного бетона, легко проникающего через ячейки каркаса размером 2–5 мм (рис. 3). Тканевые каркасы позволяют радикально повысить трещиностойкость бетона при воздействии знакопеременных колебаний температуры и значительно снизить деформации.

Бетонная смесь должна не только легко проливаться локально через сеточный каркас, но и растекаться при заполнении формы «обратным» проникновением через каркас при увеличении объема смеси в форме. Для оценки текучести использовали порошковые смеси одинакового состава по содержанию сухих компонентов, а растекаемость из конуса (для встряхивающего столика) регулировали количеством СП и (частично) воды. Блокирование растекания осуществляли сеточным кольцом диаметром 175 мм.

Рис. 3 Образец тканевого каркаса

Рис. 4 Расплывы смеси при свободном и блокированном растекании

Сетка имела размер в свету 2,8?2,8 мм при диаметре проволоки 0,3?0,3 мм (рис. 4). Контрольные смеси изготавливались с расплывами 25,0; 26,5; 28,2 и 29,8 см. В результате опытов было установлено, что с повышением текучести смеси отношение диаметров свободного dc и блокированного расплыва dбснижается. На рис. 5 показано изменение dc/dботdc.

Рис. 5 Изменение dc/dб от значения свободного расплыва dc

Как следует из рисунка, разница в расплывах смеси dcи dб исчезает при текучести, характеризуемой свободным расплывом 29,8 см. При dc.= 28,2 расплыв через сетку уменьшается на 5 %. Особенно большое торможение при растекании через сетку испытывает смесь с расплывом 25 см.

В связи с этим при использовании сеточных каркасов с ячейкой 3?3 мм необходимо использовать смеси с расплывом не менее 28–30 см.

Физико-технические свойства дисперсно-армированного порошкового бетона, армированного 1 % по объему стальными волокнами диаметром 0,15 мм и длиной 6 мм, представлены в таблице 2

Таблица 2.

Физико-технические свойства порошкового бетона на вяжущем низкой водопотребности с использованием отечественного СП С-3

Как свидетельствуют зарубежные данные, при 3 %-ом армировании, прочность при сжатии достигает 180–200 МПа, при осевом растяжении – 8–10МПа. Ударная прочность возрастает более чем десятикратно.

Возможности порошковых бетонов далеко не исчерпаны, учитывая эффективность гидротермальной обработки и влияние ее на увеличение доли тоберморита, и, соответственно, ксонотлита

www.allbeton.ru

Бетон реакционный порошковый

Последнее обновление энциклопедии: 17.12.2017 - 17:30

Бетон реакционный порошковый – бетон, изготовленный из тонкоизмельченных реакционно-способных материалов с размером зерна от 0,2 до 300 мкм и характеризующийся высокой прочностью (более 120 МПа) и высокой водонепроницаемостью.

[ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования]

Бетон реакционно-порошковый [англ. reactive powder concrete-RPC] – композиционный материал с высокими показателями прочности при сжатии 200-800 МПа, при изгибе >45 МПа, включающий в значительном количестве высокодисперсные минеральные компоненты - кварцевый песок, микрокремнезем, суперпластификатор, а также стальную фибру с низким В/Т (~0,2), с использованием тепловлажностной обработки изделий при температуре 90-200°С.

[Ушеров-Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы.- 2009. – 112 с.]

Правообладателям! В случае если свободный доступ к данному термину является нарушением авторских прав, составители готовы, по требованию правообладателя, убрать ссылку, либо сам термин (определение) с сайта. Для связи с администрацией воспользуйтесь формой обратной связи.

enciklopediyastroy.ru

Это выдвинутая концепция предельного концентрирования цементных систем тонкодисперсными порошками из пород осадочного, магматического и метаморфического происхождения, селективных по уровням высокого водоредуцирования к СП. Наиболее важные результаты, полученные в этих работах, состоят в возможности 5-15 кратного снижения расхода воды в дисперсиях при сохранении гравитационной растекаемости. Было показано, что совмещением реологически активных порошков с цементом можно усилить действие СП и получать высокоплотные отливки.

Именно эти принципы реализованы в реакционно-порошковых бетонах с повышением плотности и прочности их (Reaktionspulver beton - RPB или Reactive Powder Concrete - RPC [см. Долгополов Н. Н., Суханов М. А., Ефимов С. Н. Новый тип цемента: структура цементного камня. // Строительные материалы. - 1994. - № 115]). Другим результатом является повышение редуцирующего действия СП с возрастанием дисперсности порошков [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. - Воронеж, 1996].

Это также используется в порошковых тонкозернистых бетонах путем увеличения доли тонкодисперсных составляющих за счет добавления к цементу микрокремнезема. Новым в теории и практике порошковых бетонов явилось использование мелкого песка фракции 0,1-0,5 мм, что сделало бетон тонкозернистым в отличие от обычного песчаного на песке фракции 0-5 мм. Проведенный нами расчет средней удельной поверхности дисперсной части порошкового бетона (состав: цемента - 700 кг; тонкого песка фр. 0,125-0,63 мм - 950 кг, базальтовой муки Sуд = 380 м 2 /кг - 350 кг, микрокремнезема Svд =3200 м 2 /кг - 140кг) при ее содержании 49 % от общей смеси с тонкозернистых песком фракции 0,125-0,5 мм показывает, что при дисперсности МК Sмк=3000м 2 /кг средняя поверхность порошковой части составляет Svд=1060м 2 /кг, а при Sмк=2000 м 2 /кг - Svд= 785 м 2 /кг. Именно на таких тонкодисперсных составляющих изготавливаются тонкозернистые реакционно-порошковые бетоны, в которых объемная концентрация твердой фазы без песка достигает 58-64 %, а вместе с песком - 76-77 % и мало уступает концентрации твердой фазы в суперпластифицированных тяжелых бетонах (Cv=0,80-0,85). Однако в щебеночных бетонах объемная концентрация твердой фазы за вычетом щебня и песка значительно ниже, что определяет высокую плотность дисперсной матрицы.

Высокая прочность обеспечивается наличием не только микрокремнезема или дегидратированного каолина, но и реакционно-активного порошка из молотой горной породы. По литературным данным, преимущественно вводится летучая зола, бальтовая, известняковая или кварцевая мука. Широкие возможности в производстве реакционно-активных порошковых бетонов открывались в СССР и России в связи с разработкой и исследованием композиционных вяжущих низкой водопотребности Баженовым Ю. М., Бабаевым Ш. Т., КомаромА. А., Батраковым В. Г. , Долгополовым Н. Н.. Было доказано, что замена цемента в процессе помола ВНВ карбонатной, гранитной, кварцевой мукой до 50 % существенно повышает водоредуцирующий эффект. В/Т-отношение, обеспечивающее гравитационную растекаемость щебеночных бетонов по сравнению с обычным введением СП снижается до 13-15 %, прочность бетона на таком ВНВ-50 достигает 90-100 МПа. По существу, на основе ВНВ, микрокремнезема, мелкого песка и дисперсной арматуры можно получить современные порошковые бетоны.

Дисперсно-армированные порошковые бетоны очень эффективны не только для несущих конструкций с комбинированным армированием предварительно-напряженной арматурой, но и для производства очень тонкостенных, в том числе пространственных архитектурных деталей.

По последним данным, возможно текстильное армирование конструкций. Именно развитие текстильно-волоконного производства (тканевых) объемных каркасов из высокопрочных полимерных и щелочестойких нитей в развитых зарубежных странах явилось мотивацией разработки более 10 лет назад во Франции и Канаде реакционно-порошковых бетонов с СП без крупных заполнителей с особо мелким кварцевым заполнителем, наполненных каменными порошками и микрокремнеземом. Бетонные смеси из таких тонкозернистых смесей растекаются под действием собственного веса, заполняя полностью густую сетчатую структуру тканого каркаса и все сопряжения филигранной формы.

«Высокая» реология порошковых бетонных смесей (ПБС) обеспечивает при содержании воды 10-12 % от массы сухих компонентов предел текучести?0 = 5-15 Па, т.е. всего лишь в 5-10 раз выше, чем в масляных красок. При таком?0 для его определения можно использовать миниареометрический метод, разработанный нами в 1995 г. Низкий предел текучести обеспечивается оптимальной толщиной прослойки реологической матрицы. Из рассмотрения топологической структуры ПБС, средняя толщина прослойки Х определяется по формуле:

где - средний диаметр частиц песка; - объемная концентрация.

Для приведенного ниже состава при В/Т = 0,103 толщина прослойки будет 0,056 мм. De Larrard и Sedran установили, что для более мелких песков (d = 0,125-0,4 мм) толщина варьирует от 48 до 88 мкм.

Увеличение прослойки частиц снижает вязкость и предельное напряжение сдвига и увеличивает текучесть. Текучесть может возрастать за счет добавления воды и введения СП. В общем виде влияние воды и СП на изменение вязкости, предельного напряжения сдвига и текучести неоднозначно (рис. 1).

СУХИЕ РЕАКЦИОННО-ПОРОШКОВЫЕ БЕТОННЫЕ СМЕСИ –

НОВЫЕ ВИДЫ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ

РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ БЕТОНОВ

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. Россия

Реакционно-порошковые бетоны (РПБ) нового поколения – это специфические бетоны будущего, не имеющие в своем составе крупно-зернистых и кусковых заполнителей. Это отличает их и от мелкозернистых (песчаных) и щебеночных бетонов. Зерновой состав тонкозернистой песчаной фракции очень узок и находится в пределах 0,1-0,6 мм. Удельная поверхность такого песка (П) не превышает 400 см2/г. Средняя удельная поверхность тонкодисперсной фракции, состоящей из портландцемента (Ц), каменной муки (КМ) и микрокремнезема (МК), и являющейся реологической матрицей РПБ, находится в пределах см2/г . Высокая дисперсность является основой протекания адсорбционных процессов суперпластификаторов (СП) и кардинального снижения вязкости и предела текучести при минимуме воды. Бетонные смеси для таких бетонов саморастекаются при содержании воды 10-11% от массы сухих компонентов. В стесненных условиях реализуются контактные взаимодействия между частицами компонентов через тончайшие прослойки воды. В тонких прослойках воды интенсивно протекают реакции гидратации, гидролиза цементных минералов и взаимодействия гидролизной извести (портландита) с микрокремнеземом и тончайшими частицами кремнеземсодержащих горных пород.

В связи с тем, что в порошковых бетонах объемная концентрация цемента составляет 22-25%, то частицы цемента, в соответствии с предложенной ранее формулой , не контактируют между собой, а разделены наноразмерными частицами микрокремнезема, микрометрическими частицами молотого песка и тонкозернистого песка. В таких условиях, в отличие от обычных песчанистых и щебеночных бетонов, топохимический механизм отвердевания уступает сквозьрастворному, ионно-диффузионному механизму твердения. Это убедительно подтверждено нами на простых, но оригинальных экспериментах контроля твердения композиционных систем, состоящих из малых количеств грубомолотых клинкеров и гранулированных шлаков и значительного количества высокодисперсного мрамора при 10-12% воды. В порошковых бетонах частицы цемента разделены частицами микрокремнезема и каменной муки. Благодаря тончайшим оболочкам воды на поверхностях частиц процессы твердения порошковых бетонов протекают очень быстро. Суточная прочность их достигает 40-60 МПа.

Оценим усредненную толщину водных манжет на дисперсных частицах реакционно-порошкового бетона и сравним ее с манжетами на частицах цемента. Примем усредненную удельную поверхность цемента 3000 см2/г, каменной муки – 3800 см2/г, микрокремнезема – 3000 см2/г. Состав дисперсной части РПБ: Ц – 700 кг; КМ – 350 кг; МК – 110 кг. Тогда расчетная удельная поверхность дисперсной части порошкового бетона составит 5800 см2/г. Реакционно-порошковые бетонные смеси с гиперпластификаторами (ГП) приобретают гравитационную растекаемость при В/Т = 0,1. Цементная суспензия с ГП растекается под действием собственного веса при В/Ц = 0,24.

Тогда, усредненная толщина слоя воды, распределенная на поверхности частиц, составляет:

Таким образом, саморастекаемость цементной суспензии обеспечивается почти при пятикратном увеличении прослойки воды по сравнению с РПБ-смесью. Высокая текучесть реакционно-порошковых бетонных смесей обязана строго подобранной гранулометрии реологически-активным тонкодисперсным компонентам в суспензиях с суперпластификатором. Содержание тонкозернистого песка фракции 0,14-0,63 мм (средний размер 0,38 мм), должно быт таким, чтобы расстояние между частицами его было в пределах 55-65 мкм . По данным зарубежных исследователей De Larrard и F. Sedran толщина реологической прослойки (для песков с d = 0,125-0,40) варьирует от 48 до 88 мкм . При таких прослойках, определенный нами предел текучести, составляет 5-8 Па.

Дисперсная часть реакционно-порошкового бетона, состоящая из портландцемента, каменной муки и МК, ответственная за высокую гравитационную текучесть, обладает чрезвычайно высокой водопотребностью без добавки СП. При составе с соотношением ПЦ:КМ:МК как 1:0,5:0,1 гравитационное течение реализуется при водотвердом отношении, равном 0,72-0,76 в зависимости от вида МК. Наибольшей водопотребностью из трех исследованных микрокремнеземов – Челябинского, Новокузнецкого и Братского обладает последний. Его суспензия с водой начинает растекаться при содержании воды 110% к массе МК. Поэтому присутствие всего лишь 10% Братского МК повышает водопотребность смеси цемента и молотого песка с 34 до 76%. Введение суперпластификатора Melflux 1641 F снижает водосодержание дисперсной системы Ц+КМ+МК с 76 до 20% при сохранении текучести. Таким образом, водоредуцирующий эффект составляет 3,8 и достигает практически четырехкратного снижения расхода воды. При этом необходимо отметить, что ни один из исследованных микрокремнеземов не диспергируется в воде, а суспензии их не разжижаются любыми олигомерными суперпластификаторами первого поколения (С-3, Melment, Wiskoment и др.), ни полимерными гиперпластификаторами второго и третьего поколения (Sikа Viso Crete, Melflux 1641 F, Melflux 2641 F). Лишь в присутствии цемента МК становится реалогически-активным компонентом. Механизм такого превращения, связанный с перезарядкой отрицательно-заряженных поверхностей минеральных частиц катионом кальция гидролизной извести, был выявлен нами в 1980 г. Именно наличие ПЦ в присутствии СП превращает водно-цементно-песчаную суспензию с МК в маловязкую и агрегативно-устойчивую систему.

Сухие реакционно-порошковые бетонные смеси (СРПБС), предназначенные для получения бесщебеночных самоуплотняющихся бетонов для монолитного и сборного строительства, могут стать новым, основным видом композиционного вяжущего для производства многих видов бетонов (рисунок). Высокая текучесть реакционно-порошковых бетонных смесей позволяет дополнительно наполнять их щебнем с сохранением текучести и использовать их для самоуплотняющихся высокопрочных бетонов; при наполнении песком и щебнем – для вибрационных технологий формования, вибропрессования и каландрования. При этом бетоны, полученные по технологиям вибрационного и вибросилового уплотнения, могут иметь более высокую прочность, чем у литых бетонов. При более высокой степени получаются бетоны общестроительного назначения классов В20-В40.

Рис. 1 Основные сферы применения сухих

реакционно-порошковых бетонных смесей

Можно с уверенностью утверждать, что в будущем цементное вяжущее будет заменяться на сухое реакционно-порошковое вяжущее (СРПВ) исходя из следующих позитивных факторов:

1. Чрезвычайно-высокой прочности РПВ, достигающей 120-160 МПа., существенно превышающей прочность суперпластифицированного портландцемента за счет превращения «балластной » извести в цементирующие гидросиликаты.

2. Многофункциональности физико-технических свойств бетонов при введении в него коротких дисперсных стальных волокон: низкое водопоглощение (менее 1%), высокая морозостойкость (более 1000 циклов), высокая прочность на осевое растяжение (10-15 МПа) и на растяжение при изгибе (40-50 МПа), высокая ударная прочность, высокая стойкость к карбонатной и сульфатной коррозии и т. п.;

3. Высоких технико-экономических показателей производства СРПБ на цементных заводах, располагающих комплексом оборудования: сушильного, помольного, гомогенизационного и т. п.;

4. Широкой распространенности кварцевого песка во многих регионах земного шара, а также каменной муки от технологии обогащения черных и цветных металлов методами магнитной сепарации и флотации;

5. Огромных запасов отсевов камнедробления при комплексной переработке их в мелкозернистый щебень и каменную муку;

6. Возможности использования технологии совместного помола реакционного наполнителя, цемента и суперпластификатора;

7. Возможности использования СРПБ для изготовления высокопрочных, особовысокопрочных щебеночных и песчанистых бетонов нового поколения, а также бетонов общестроительного назначения путем варьирования соотношением заполнителя и вяжущего;

8. Возможности получения высокопрочных легких бетонов на невпитывающих воду микростекло - и микрозолосферах с реализацией высокой прочности реакционно-порошковой связки;

9. Возможности изготовления высокопрочного клея и связок для ремонтных работ .

Коллектив кафедры «Технология бетонов, керамики и вяжущих» не в состоянии своими силами развивать все направления, указанные на рисунке, вследствие отсутствия необходимых условий, отсутствия современного оборудования и приборов, финансирования важнейших работ, в том числе, перспективных. Судя по публикациям в России, практически, не занимаются разработкой особовысокопрочных реакционно-порошковых бетонов классов В 120, В 140. Большое количество публикаций посвящено совершенствованию бетонов общестроительного назначения с целью экономии цемента на 10-20 % с сохранение той же прочности.

За последние пять лет появились публикации, посвященные разработке бетонов классов В 60-В 100 с применением органо-минеральных добавок без использования значительных количеств реологически - и реакционно-активной каменной муки (дисперсных наполнителей) для увеличения объема реологической матрицы и для усиления действия суперпластификаторов и гиперпластификаторов нового поколения. А без нее невозможно изготовить самоуплотняющиеся бетонные смеси с расплывом стандартного конуса 70-80 см. Что касается использования нанотехнологий, то она не в состоянии радикально изменить несовершенную, чрезвычайно дефектную структуру бетонов классов В30-В40. Поэтому достигнуть высокой прочности равной 150-200 МПа за счет нанотехнологий, вряд ли удастся в ближайшее 10-15 лет. Необходимо использовать то, что лежит на «поверхности», то что достигнуто тремя революционными этапами в химии и механике бетона на эволюционном пути развития технологии его. Нанотехнологии будут необходимы для совершенствования малодефектной структуры высокопрочных бетонов с повышением прочности свыше 200-250 МПа.

Будущее бетонов связано с использованием каменной муки, ибо, только высокая текучесть смешанной цементно-дисперсной матрицы, имеющей 2-3-х кратный водоредуцирующий эффект, позволяет достичь (при оптимальной структуре бетонов) «высокой» реологии, а через нее высокой плотности и прочности бетонов. Именно, через рациональную реологию бетонных смесей необходимо следовать в будущее бетонов, через создание реологических матриц первого и второго рода, за счет кардинального изменения рецептуры и структуры пластифицированной бетонной смеси . Основные принципы создания таких бетонов и расчет состава их принципиально отличаются от традиционных бетонов плотных упаковок и самоуплотняющихся пластифицированных бетонов с органо-минеральными добавками.

Литература

1. , Калашников высокопрочные бетоны нового поколения // Популярное бетоноведение. Санкт-Петербург, №2 (16), 2007. С. 44-49.

2. Калашников реологические матрицы и порошковые бетоны нового поколения. Сборник статей Международной научно-практической конференции «Композиционные строительные материалы . Теория и практика». Пенза. Приволжский дом знаний, 2007. С. 9-18.

3. , К теории твердения композиционных цементных вяжущих. Материалы Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства». Саранск, МГУ, 2004. С. 119-124.

4. De Larrard, F. Sedran. Optimization of ultrahight-performance concrete by the use of a packing model. Cem Concrete Res. – Vol., 1994. – S. .

5 Калашников рациональную реологию в будущее бетонов. Часть 1. Виды реологических матриц в бетонной смеси, стратегия повышения прочности бетона и экономия его в конструкциях // Технология бетонов, №5, 2007. С.8-10.

6 Калашников рациональную реологию в будущее бетонов. Часть 2. Тонкодисперсные реологические матрицы и порошковые бетоны нового поколения//Технология бетонов, №6, 2007. С.8-11.

7 Калашников рациональную реологию в будущее бетонов. Часть 3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего // Технологии бетонов, №1, 2008. С.22-26

8 Калашников принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов// Популярное бетоноведение. Санкт-Петербург. №3, 2008. С.20-22.

9 Калашников составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов // Строительные материалы, №10, 2008. С.4-6.