Бетонна суміш і спосіб приготування бетону

1. Бетонна суміш, що включає портландцемент, щебінь, пісок кварцовий, воду за З Спосіб приготування бетону за п. 2, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що змішення проводять до появи рідкої фази на поверхні ' зерен бетонної суміші. Винахід відноситься до виробництва будівельних матеріалів і може бути застосований для виготовлення бетонних та залізобетонних несучих конструкцій в спорудах з цементного бетону. Відомо спосіб приготування бетонної суміші, що включає почергове змішування компонентів з перервою на протязі двох хвилин, а саме: портландцементу в кількості 415 кг на 1 м 3 бетонної суміші (16,7 мас %) за цементно-водного співвідношення 2,75, щебню фракції 5-10 мм в КІЛЬКОСТІ 1230 к г / м 3 (49,5 мас.%), піску кварцового 680 кг/м (27,7 мас.%, відносний вміст піску в 2. Спосіб приготування бетону, що включає введення портландцементу, щебня, піску кварцового, води І добавки суперпластифікатора, змішування, віброформування І отвердіння, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що змішування проводять до отримання зерен бетонної суміші фракційного складу зуживаного щебня. с > 00 24298 суміші заповнювачів 0,36), води 6,1 мас.%, добавки суперпластифікатора С-З в кількості 0,7% від маси цементу [1]. Недостатками відомого способу є низька рання міцність (через 16 годин твердіння 5 а нормальних умовах), крім того, швидка втрата зручноукладності 1 розшарування бетонної суміші через прискорене тужавлення цементу за високих цементоводних відношень, а також через недостатній вміст 10 добавки суперпластифікатора. Відомо спосіб приготування бетонної суміші за роздільною технологією а швидкохідному гідроактиваторі, що дозволяє зменшити розшарування суміші як при 15 транспортуванні так І при формуванні, що включає попереднє приготування в'яжучого сумісним помолом клінкеру (50 мас %) і наповнювачів -піску (50мас.%)або золи-виносу (50 мас.%) або шлаку (25 мас.%) і піску (25 20 мас.%), потім змішування в дві стадії в'яжучого (300-360 кг/м 3 , 12,8-15 мас.%), піску (800-930 кг/м 3 , 34-39 мас.%), води (134-147 кг/м 3 , 5,7-6,26 мас.%), добавки суперпластифікатора С-3 в кількості 1,5-2,25% від 25 маси в'яжучого, щебня гранітного фракції 5-20 мм в кількості 1000-1140 кг/м 3 (42,547,5 мас.%) [2]. Недостатками відомого способу є низька рання міцність бетону (в ВІЦІ ДО 1 доби), ЗО що зумовлено значним вмістом застосованих наповнювачів, а також складність технології. Прототипом вибрана бетонна суміш і спосіб виготовлення бетону, що включає 35 введення портландцементу {400-600 кг/м^, води за водоцементного співвідношення 25-35 мас.%, щебню, піску за відносного вмісту піску в суміші заповнювачів(дрібного І великого) 38-48 мас.%. добавки дисперга- 40 тора цементу (суперпластифікатора) 0,5-2 % від маси цементу, 0,5-3% від маси цементу сульфату кальцію або алюмінію [3], а компоненти взяті в слідуючому співвідношенні, мас.%: 45 Портландцемент 16,20-24,20 Щебінь 36,70-49,00 Пісок • 26,10-37,00 Вода 5,67-6,08 Суперпластифікатор 0.08-0,48 50 Сульфат алюмінію 0,08-0,73, потім компоненти змішують, формують вироби, які отверджують паром за температури 50-80°С, Згідно прототипу, граничному значенню 55 витрати портландцементу 400 кг на 1 м бетонної суміші відповідає величина водоцементного співвідношення 35 мас.%, звідки, найменший водовміст бетонної суміші ста3 новить величину 140 л/м , нижче якого на стає розшарування бетонної суміші. Високі водовміст І відносний вміст піску в суміші заповнювачів в відомій бетонній суміші негативно впливають на кінетику твердіння бетону, що знижує ранню міцність (в віці до 16 год) за твердіння в нормальних умовах, а також щільність бетону, сприяє налипанню при транспортуванні 1 розвантаженні бетонної суміш! в форми, а також збільшує витрати цементу для досягнення розпалубочної, відпускної або передаточної міцності, що, як відомо, негативно відображується на деформативних властивостях бетону в процесі експлуатації, що є недоліками прототипу. В основу винаходу покладено завдання створити таку бетонну суміш з добавкою суперпластифікатора, в якій нове співвідношення між великим щільним заповнювачем І водовмістом бетонної суміші реалізується за нового режиму змішування, що дозволило б забезпечити бетонній суміші за низького водовмісту стабільну зручноукладальність без розшарування І за рахунок цього зменшити витрати цементу і* створити бетон з підвищеними щільністю, ранньою міцністю за твердіння в нормальних умовах, що дозволило б відмовитись від пропарювання для досягнення розпалубочної, передаточної і відпускної міцності. Суть винаходу заключається в тому, що бетонна суміш і спосіб приготування бетону, що включає введення портландцементу, щебню, піску, води при водоцементному співвідношенні 25-35 мас.% І добавки суперпластифікатора, змішування компонентів, формування виробів 1 отвердіння, бетонна суміш містить щебінь в слідуючому співвідношенні компонентів, мас.%: Щебінь 53,49-60,89 Портландцемент 11,85-19,14 Пісок 16,90-30,00 Вода • 4,15-4,82 Суперпластифікатор (С-3) 0,20-0,27, причому щебінь вводять в кількості 98-108 мас.% від насипної щільності щебня, визначеної стандартним методом, а режим змішування додатково включає після досягнення однорідної суміші активацію шляхом змішування тривалістю 30-90 с до утворення зерен бетонної суміші фракційного складу застосованого щебня, причому активацію завершують моментом появи рідкої фази на поверхні зерен бетонної суміші. Співвідношення великого щільного заповнювача І розчинної частини в заявленій бетонній суміші збільшені до фізичної межі упакування зерен щебня, при цьому, в заявленому способі приготування досягається висока щільність бетонної суміші І бетону за 24298 використання класичних режимів віброформування виробів. Активація в заявленому способі проводиться після отримання однорідної бетонної суміші за'перемішування компонентів І пе- -5 редбзчає витрати додаткової енергії для утворення зерновидної структури бетонної суміші, в якій вся маса розчинної частини (цемент, вода, пісок, суперпластифікатор) знаходиться в окремих зернах, в центрі мас 10 яких знаходяться зерна щебня. При цьому кількість зерен бетонної суміші практично співпадає з кількістю зерен щебня, тобто фракційний склад бетонної суміші зерновидної структури, що являється її кількісною 15 характеристикою, співпадає з фракційним складом застосованого щебня. Додаткова енергія, що використовується в заявленому способі включає - механічну енергію змішування в бетонозмішувачі, а також по- 20 тенціальну енергію висококонцентрованої дисперсної мінеральної фази і активних радикалів в складі суперпластифікатора, необхідні для зближення тонкодисперсних частинок в умовах низького водовмісту І про- 25 явлення в результаті цього пластичних властивостей розчинної' фази бетонної суміші. Активація, завдяки якій зростають пластичні властивості бетонної суміші, зумовлена якісними змінами, що відбуваються в струк- 30 турі розчинної частини бетонної суміші в процесі додаткового змішування: перше завершується дискретна консолідація розчинної частини на поверхні окремих зерен щебня, друге - ущільнюється дискретно кон- 35 солідована дисперсна фаза під дією як зовнішніх сил, так І внутрішніх сил, а саме потенціалу органомінеральних комплексів за рахунок хемосорбціГповерхнево-активної речовини суперпластифікатора на продук- 40 тах гідратації клінкерних мінералів, що супроводжується збільшенням об'ємної води, ефективним видаленням великих {> = 0,5 мм) повітряних пор з відносно тонкого шару розчинної частини, що проявляється в ефекті 45 появи рідкої фази на поверхні зерен бетонної суміші. Дискретність дисперсної фази зумовлює, з однієї сторони, утримання від розшарування бетонної суміші при транспортуванні або розвантаженні бетонної 50 суміші, а з Іншої сторони зумовлює збереження високого пластичного потенціалу, досягненого в бетонній суміші зерновидної структури за низького водовмісту. Пластичний потенціал бетонної суміші зерновидної 55 структури повністю реалізується в умовах віброформування, в результаті якого настає пластична деформація і когезія поверхневих шарів розчину і утворюється монолітна щільна бетонна суміш однорідної структури. ВодовмГст в заявленій бетонній суміші досягається 105-120 кг/м 3 , що за низького відносного вмісту піску сприяє зниженню витрат цементу, підвищенню щільності бетону, кінетики росту ранньої міцності (в ВІЦІ 16-24 год) в нормальних умовах твердіння,, що дозволяє відмовитись від пропарювання бетону для досягнення розпалубочної І передаточної міцності. Росту кінетики МІЦНОСТІ бетону з добавкою підвищеної кількості суперпластифікатора сприяє, також, ефективне видалення з контактної зони великих повітряних пор Іще на стадії активації. За вмісту щебня менше 98% його насипної щільності (менше 53,49 мас.%) зростає відносний вміст піску в суміші заповнювачів, що приводять до розшарування бетонної суміші при формуванні і зниження ранньої міцності, до збільшення витрат води або суперпластифікатора для досягнення заданої зручноукладальності, що також знижує ранню міцність, збільшує витрати цементу. Досягти вмісту щебня більше 108% його насипної ЩІЛЬНОСТІ (більше 60,89 мас.%) при формуванні важко і пов'язано з підвищеними витратами енергіїна ущільнення бетонної суміші, розшаруванням через недостатній об'єм розчинної частини. Якщо тривалість додаткового змішування скоротити (менше 30 с.) без досягнення моменту утворення зерновидної структури бетонної суміші без появи рідкої фази на поверхні зерен бетонної суміші зростають розшарування на всіх стадіях переробки суміші, витрати енергії на ущільнення бетонної суміші, зростає кількість великих повітряних пор в дисперсній фазі, що за підвищеного вмісту добавки суперпластифікатора знижує ранню міцність І щільність бетону. За тривалості додаткового перемішування понад 90 с зростають перевитрати енергії на перемішування без зміни властивостей бетонної суміші. Бетонну суміш готують і активують в бетонозмішувачі примусової або гравітаційної дії, попередньо визначивши стандартним методом насипну щільність щебня. П р и к л а д . Застосовують слідуючі матеріали: Портландцемент Здолбунівського цементно-шиферного комбінату з мінеральними добавками (опока до 20 мас.%) мінералофазового складу, мас.%: СзБ - 52; C2S - 31; СзА - 5,3; C4AF - 12; нормальна густота цементного тіста, % 26,2; питома поверхня, см 2 /г - 3400; активність, МПа - 53. 24298 8 вібруванні в циліндрі висотою 50 см, Пісок кварцевий річковий, модуль крупдіаметром 15 см) Частину бетонної суміші ності 1,6: щільність, г/см - 2.58; пусрозсіюють на ситах розміром 5 мм, 10 мм І тотність, % - 42; вміст глинистих домішок, % 20 мм відразу після приготування або після - 0.35. Щебінь гранітний, фракція 5-20 мм; 5 витримування до кінця тужавлення (5-7 год) бетонної суміші Решту бетонної суміші укщільність, г/см - 2,67, насипна ЩІЛЬНІСТЬ, ладають в металеві форми-куби, розміром r/CM 3 - 1,37; пустотність. % - 48,6. 100x100x100 мм І віброущільнюють протяЩебінь базальтовий, фракція 5-10 мм; 3 гом 45 с на лабораторній віброплощадці до ЩІЛЬНІСТЬ, г/см - 2,72, насипна щільність 10 повного вирівнювання верхівки бетонні г/см 3 - 1,42; пустотність, % - 47 суміші. Частину зразків витримують в норСуперпластифікатор С-3 - продукт мальних умовах на протязі 16 І 24 год, а поліконденсації' нафталінсульфокислоти f решту пропарюють за режимом 1+2И5+-2 год формальдегіду, сухий порошок, ТУ 6-14при 75-80°С В контрольному віці проводять 625-80. Сульфат алюмінію AtefSO^b -пНгО ГОСТ 15 розпалубку зразків і визначають середню щільність і міцність на стиск, а також об'єм 12966-75, ГОСТ 11159-75. повітряних пор більших 0,5 мм в розчинній Гранітний щебінь (фракція 5-20 мм) мафазі затверділого бетону Результати сою 13420 г (98% від насипної щільності), фізико-механічних випробувань наведені в портландцемент ~ 3000 г, пісок 7490 г, воду - 1050 г, суперпластифікатор - 49.5 г (1,65 20 табл 2. мас. % від маси цементу) змішують в лабораторному змішувач} до утворення однорідної Як видно з даних, наведених в табл 112 заявлені бетонна суміш І спосіб в порівнянні суміші протягом 100 с, потім проводять доз прототипом, дозволяють досягти даткове змішування (активацію) протягом 90 с до утворення зерен Бетонної' суміші і 25 відсутності розшарування за зручновкладвізуально контролюють момент появи рідка( ності 15-60 с, зниження на 15-25% вофази (блиску) на поверхні зерен. Склад І падовмісту, а також підвищення ранньої раметри бетонної суміші приведені в табл. 1. міцності в нормальних умовах твердіння в Частину бетонної суміші випробовують віці 16 год. в 2,5-5 разів, в віці 24 год - в на розшарування (розчиновідділення при 30 1.15-1,5 рази за економії цементу 20-30%. Таблиця Витрати компонентів, мас. ' і № Щіль Кількість Співвід- Водоце Віднос Тривалість Фракційний змішування, с склад бетонної ність Щебінь Пісок Вода Добавка С-3 ношен ментне ний мас. % ня співвід вміст ваної бе від на щебінь ношен піску в тонної сипної' вода ня , суміші суміші, щіль мас. % запов кг/м3 Цемент щебня, формо п/п 1 ності нювача, суміші, мм до од до поя норідної ви суміші рідкої' Umax фази на зернах to -С» ! Щебінь гранітний фракція 5-20 мм, насипна ЩІЛЬНІСТЬ 1370 к г / м | 3 1 11,99 53.66 30.0 4,20 0,20 25Q2 98 12,79 35 36 61 100 90 2 11,98 56.35 27,3 4 19 0,20 2504 103 13,44 35 33,38 100 60 3 12,82 56,52 26,0 4 49 0,20 2496 103 12.60 35 32,23 90 60 -" 4 13,78 56,73 24.5 4,82 0,21 2487 103 11,76 35 30,85 90 ЗО -•' 5 13,77 59.43 21,8 4,82 0,21 2490 108 12,33 35 27.49 90 40 6 13,95 53,49 28,2 4,18 0,21 2510 98 12,79 ЗО 35,27 120 7 13,93 56,17 25,5 4,18 0,21 2512 103 13,44 ЗО 31,97 8 1392 58,85 22,9 4,18 0,21 2514 108 14,09 ЗО 9 14,92 53,66 26,7 4,48 0,22 2502 98 11.99 10 14 91 56,35 24,1 4,47 0,22 2504 103 11 14,89 59.03 21,4 4.47 0,22 2507 12 16,04 53,84 25,1 4.81 0,23 13 16.03 56,54 22,4 4,81 0,23 5 _ ' • _ 20 -" - " -" 60 5 20 100 50 _••_ -" 28,67 100 50 ЗО 34,01 100 50 - " -"_-_ 12,60 ЗО 30,64 110 45 - " -" 108 13,21 зо 27,27 100 40 -" 2494 98 11,19 ЗО 32,52 90 45 -" 2496 103 11,76 ЗО 29,08 85 40 со Продовження табл Витрати компонентів, мас. % Ns Щіль Кількість Співвід- В одо це- Віднос ність Вода Добавка С-3 мас. % ваної Ое від на тониоТ сипної суміші ш'ль кг/м Пїстк щебня. формо п/п ності ношеч ментне ний співвідношен піску в вода ня , суміші мас, % запов Фракційний змішування, с склад бетонно* вміст щебінь Тривалість нювача, і суміші, мм ДО од до поя норідної ви суміші рідкої Dmax фази на зернах 14 16.01 59,23 19.7 4,80 0,23 2498 108 12,33 ЗО 25,63 90 ЗО 15 16,65 55.96 23 0 4,16 0,26 2522 103 13.44 25 29,81 120 90 16 16,64 58,62 20.3 4,16 0,26 2524 108 14,09 25 26,41 120 60 17 17,81 56,10 ?\А 4,45 0,27 2515 103 12,60 25 28 27 120 18 19,14 56,26 19,6 4 78 0,26 2508 103 11,76 25 26,46 19 19,12 58.94 16,9 4,78 0.26 2511 108 12.33 25 22 89 го to - • • _ • ' 70 - " - " 110 60 - • : - " юо 50 - " ІДебінь базальтовий, фракція 5-10 мм насипнг щільність 1420 кг/м 3 20 11,85 57.77 26,0 4,15 0,20 2532 103 13,93 35 32.22 100 60 21 13.63 58.15 23,2 4,77 0.20 2515 103 12,19 35 29,64 90 40 22 13,61 60,89 20 5 4,76 0,20 2519 108 12,78 35 26,23 90 23 14 74 57,76 22,8 4,42 0,22 2532 103 13,06 ЗО 29,43 24 17,62 57,52 20.2 4,40 0,26 2543 103 13,06 25 25 18,90 60,39 15,7 4.73 0,26 2540 108 12.78 25 5 10 40 -" -"_»_ 100 40 -" -" 27,02 120 80 - • ' 21,55 110 60 - " CD Продовження табл. 1 . Щіль Витрати компонентів, мас. °/ 'о Кількість Співвід- Водоце Віднос Тривалість Фракційний змішування, с склад бетонної ність Щебінь Пісок Вода С-3 ментне ний мас. % ня співвід ВМІСТ ваної' бе від на щебінь ношен піску в тонної сипної вода ня , суміші суміші, Добавка ношен щіль мас. % запов кг/м Цемент щебня формо п/п ності нювача, суміші, мм до од до поя норідної ви суміші рідкої Dmm Umax фази • * на зернах • Бетонна суміш за межею заявленої 26 13,84 50.54 31.2 4.15 0,24 2529 90 12,17 зо 39,45 190 0,63 20 27 15,92 50.86 28,2 4.78 0,26 2513 90 10,65 ЗО 36 88 190 1.25 20 30,64 110 15 0,63 20 Спосіб приготування за межею заявленого 28 56,35 14,91 24,1 4.47 0,22 2504 103 12,60 30 За прототипом 29 агрегати розміром • 50 мм ЗО 17,59