Модифікована декоративна бетонна суміш

Реферат: Модифікована декоративна бетонна суміш, що містить портландцемент, кварцовий пісок, гранітний щебінь, добавки С-3 і Пенетрон А, воду та залізоокисний пігмент. UA 75117 U (54) МОДИФІКОВАНА ДЕКОРАТИВНА БЕТОННА СУМІШ UA 75117 U UA 75117 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до виробництва будівельних матеріалів і галузі гідротехнічного, суднобудівного і транспортного будівництва та призначена для одержання бетону високої рухомості, міцності, морозостійкості, водонепроникності та тріщиностійкості з одночасним наданням бетону необхідного кольору, тобто декоративних властивостей. Відома корисна модель модифікованої бетонної суміші, яка містить портландцемент (2035 %), кварцовий пісок (20-40 %), гранітний щебінь (30-40 %), добавки С-3 (0,2-0,3 %) та Пенетрон А (0,1-1 %) і воду (решта) (патент України № 19814, опубл. 15.01.2007 Бюл. №1). Ця суміш має недолік, а саме неможливість отримання необхідного кольору бетону з цієї суміші, тобто декоративних властивостей. В основу корисної моделі поставлено задачу створити склад декоративної суміші, який усуває названий вище недолік, тобто дає можливість отримання необхідного кольору бетону, та має високі показники рухомості, міцності, морозостійкості, водонепроникності та тріщиностійкості. Поставлена задача вирішується тим, що модифікована бетонна суміш включає портландцемент, кварцовий пісок, гранітний щебінь, добавки С-3 і Пенетрон А та воду. Згідно з корисною моделлю суміш додатково містить залізоокисний пігмент червоний PJ130 або жовтий PJ920, або синій PJ513, або їх суміш у наступному ваговому співвідношенні (%): портландцемент 17-25 кварцовий пісок 24-30 гранітний щебінь 44-47 добавка С-3 0,12-0,2 Пенетрон А 0,3-0,6 залізоокисний пігмент червоний PJ130 або жовтий PJ920, або синій PJ513, або їх суміш 0,6-1,0 вода решта. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками та очікуваним результатом. За рахунок використання в бетонній суміші залізоокисного пігменту червоного PJ130 або жовтого PJ920, або синього PJ513, або їх суміші матеріал набуває декоративних властивостей, тобто необхідного кольору, при збереженні високої рухомості, міцності, морозостійкості, водонепроникності та тріщиностійкості. Введення компонентів модифікованої декоративної бетонної суміші здійснюється наступним чином: до бетономішалки першим подається гранітний щебінь, який складає 17-25 % від всієї маси бетону, потім цемент (17-25 %), пісок (24-30 %), порошковий залізоокисний пігмент або суміш (декілька) пігментів (0,6-1,0 %), суха добавка Пенетрон А (0,3-0,6 %). Після цього слід провести сухе перемішування цих компонентів протягом 3…4 хвилин. Далі у суміш подається вода з добавкою С-3 (0,12-0,2 %) у вигляді водного розчину. Після подачі води слід перемішувати суміш декоративного бетону не менше 3 хвилин. Така послідовність забезпечує однорідність кольору декоративної бетонної суміші. Приклади щодо складу запропонованої модифікованої декоративної бетонної суміші У експерименті вивчалося впливи на властивості важкого декоративного бетону для гідротехнічного, суднобудівного і транспортного будівництва наступних факторів складу: 3 - кількості портландцементу - 400, 500 і 600 кг/м (марка цементу 400); 3 - кількості порошкового залізоокисного пігменту - 5, 15 і 25 кг/м . - вид пігменту: PJ130 або жовтий PJ920, або синій PJ513, або їх суміш за умови, що їх 3 сумарна кількість була 5, 15 або 25 кг/м . У всі склади вводилися добавки Пенетрон А (у кількості 2 % від маси цементу) і суперпластифікатор С-3 (0,8 % від маси цементу). Експеримент проводився за 15-точковим оптимальним планом. Також, крім 15-ти декоративних бетонів, досліджувалися три контрольних 3 склади бетону без пігменту і з кількістю портландцементу відповідно 400, 500 і 600 кг/м . Застосовувався щебінь фракції 5…10 мм і кварцовий пісок з модулем крупності 2,7. Всі суміші мали рівну рухливість - осадку конусу (ОК) від 16 до 18 см, тобто їх водопотреба і, відповідно, водоцементне відношення (В/Ц) залежали від складу. Аналіз даних показників дозволяє сказати, що введення пігментів трохи підвищує водопотребу сумішей рівної рухомості 3 - від 1 до 4 % при введенні 5 кг пігментів на м бетону і від 4 до 7 % при введенні 25 кг пігменту. При цьому жовтий пігмент має дещо вищу водо потребу, ніж синій, а найменше на водопотребу і, відповідно, на В/Ц сумішей впливав червоний пігмент PJ920. Для всіх 15-ти досліджених декоративних модифікованих складів бетону, а також для 3-х контрольних модифікованих складів (тобто для аналогічних складів, проте без пігментів) при випробуваннях за відповідними методиками були визначені рівні міцності при стиску, міцності 1 UA 75117 U 5 10на розтягування при згині, водонепроникності, морозостійкості та тріщиностійкості (Кіс). Дані про склади досліджених бетонів та рівні вищеназваних показників якості для цих складів наведено у таблиці 1. За результатами визначення міцності при стиску для 15-ти досліджених декоративних бетонів була побудована експериментально-статистична модель (EC-модель) впливу факторів складу на цей показник якості Rb  . По даній моделі була побудована показана на фіг. 1.а діаграма, яка відображає вплив кількості портландцементу та кількості і виду пігменту на Rb . Побудова здійснена таким чином, що для дев'яти ключових точок, які відображають склади з 3 400, 500 і 600 кг цементу та 5, 15 і 25 кг пігменту на м бетону, показані трикомпонентні сумішеві діаграми впливу виду пігменту. Тобто сумішеві діаграми впливу виду пігменту зміщуються по полю, що відображає кількість пігменту і портландцементу. У полі несучого квадрата показані ізолінії рівня властивості, в даному випадку - міцності при стиску, для складів з рівною кількістю всіх трьох пігментів, введених одночасно. Таблиця 1 Склади досліджених модифікованих декоративних і контрольних бетонів та рівні досліджених показників якості для цих складів Витрати компонентів модифікованої бетонної суміші, кг/м3 Вид і кількість пігменту Міцність Номер при експеПігПенет- добавримен- Червомент Цемент Щебінь Пісок Вода стиску рон А ка С-3 Синій Жовтий ту всього ний Rb , МПа 1 0 2 7,5 3 5 4 0 5 2,5 6 7,5 7 7,5 8 0 9 25 10 0 11 0 12 8,33 13 25 14 0 15 0 Контрольні склади 5 0 0 0 2,5 7,5 0 7,5 0 25 0 8,33 0 25 0 0 7,5 0 5 0 0 7,5 7,5 0 0 25 8,33 0 0 25 5 15 5 5 5 15 15 15 25 25 25 25 25 25 25 400 400 500 500 600 400 500 600 400 400 400 500 600 600 600 400 500 600 1105 1101 1054 1054 1035 1101 1050 1031 1098 1098 1098 1045 1029 1029 1029 1107 1056 1037 679 673 599 599 488 673 593 482 666 666 666 588 475 475 475 682 602 491 8 8 10 10 12 8 10 12 8 8 8 10 12 12 12 8 10 12 3,2 3,2 4 4 4,8 3,2 4 4,8 3,2 3,2 3,2 4 4,8 4,8 4,8 3,2 4 4,8 161 162 154 157 177 161 161 185 159 157 162 161 175 178 185 152 156 171 58,3 57,7 63,9 62,5 79,2 58,1 61,3 75,9 55,4 54,3 53,9 60,7 75,1 72,4 70,6 58,8 64,9 78,5 Міцність Тріщина Водо- Морозо- ностійрозтякість гуван- непро- стійня при никність кість F, K1C згині W, атм циклів МПа  м0,5 Rbt , МПа 7,61 7,53 7,84 7,79 9,27 7,73 7,88 9,12 7,52 7,41 7,40 7,82 8,89 8,61 8,37 7,71 7,98 8,97 12 10 14 12 16 12 12 14 8 8 6 12 12 12 10 10 12 14 350 350 400 400 450 400 400 450 350 350 300 400 450 450 400 350 400 450 0,458 0,467 0,517 0,495 0,564 0,480 0,532 0,576 0,437 0,434 0,423 0,489 0,534 0,530 0,518 0,442 0,501 0,544 15 20 Як видно з діаграми на фіг. 1, міцність при стиску досліджених декоративних бетонів коливалася в межах від 55 до 75 МПа, при цьому на величину міцності впливає переважно кількість портландцементу. Проте більш важливо порівняння властивостей декоративних бетонів з контрольними складами, тобто зміна показника якості матеріалу при введенні порошкових пігментів. Значення цієї зміни було проаналізоване за рахунок порівняння властивостей декоративних бетонів з властивостями аналогічних контрольних складів без пігментів. Тобто відносна зміна показника якості бетону Y  розраховувалася як відношення показника якості для декоративного бетону (Y декоративний) та аналогічного контрольного бетону (Y контрольний) за формулою: 25 Y  Yдекоратив ний Yконтрольний (1) По відповідній EC-моделі була побудована показана на фіг. 1.б діаграма, яка відображає вплив кількості портландцементу та кількості і виду пігменту на відносну зміну міцності при стиску матеріалу при введенні пігментів Rb . 2 UA 75117 U 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як видно з діаграми, при введенні до 15 кг пігменту на м бетону міцність суднобудівних 3 бетонів змінюється на величину не більше 5 %. Підвищення кількості пігменту до 25 кг/м знижує величину міцності матеріалу на 8-9 % в порівнянні з аналогічними модифікованими бетонами без пігменту. При цьому зниження міцності частково обумовлене підвищенням водопотреби суміші. Відповідно, бетони з жовтим і синім пігментами мають дещо меншу міцність. На фіг. 2 показані побудовані по відповідним EC-моделям діаграми типу "трикутники на квадраті", які відображають вплив кількості портландцементу та кількості і виду пігменту на міцність на розтягування при згині Rbt та відносну зміну цього показника якості Rbt . Як видно з діаграм, на міцність на розтягування при згині досліджених декоративних бетонів впливає переважно кількість портландцементу. При цьому максимальний рівень міцності може досягати 9 МПа. Зміна виду пігменту практично не впливає на міцність на розтягування, що видно з аналізу полів в межах трикутників, де величина Rbt коливається в діапазоні 0,3 МПа. Проте, як зазначалося вище, більш характерна не сама зміна міцності бетону на розтягування при згині, а відносна зміна цієї величини при введенні пігментів (фіг. 2.б). Можна зробити висновок, що введення пігментів в досліджувані модифіковані бетони не впливає на 3 величину їх міцності на розтягування при згині. При кількості пігменту до 15 кг/м величина Rbt знаходиться в діапазоні від 0,98 до 1,03. Тобто в деяких випадках декоративний бетон є міцніше аналогічного контрольного, що можна пояснити частковим проявом властивостей пігменту як наповнювача. Скільки-небудь відчутне зниження міцності на розтягування при згині виявляється тільки для складів з максимальною кількістю жовтого пігменту. Побудовані по відповідним EC-моделям діаграми у вигляді "трикутники на квадраті", що відображають вплив кількості портландцементу та кількості і виду пігменту на водонепроникність W та відносну зміну цього показника якості W для досліджених модифікованих бетонів показані на фіг. 3.а та фіг. 3.б відповідно. Як видно з діаграми всі досліджені модифіковані декоративні бетони показали високий рівень водонепроникності, від W8 до W16, що обумовлено введенням в їх склад модифікатора Пенетрон А+С-3. При збільшенні кількості портландцементу водонепроникність досліджених бетонів підвищується, причому більш відчутно - у складів з підвищеною кількістю пігменту. Аналіз індивідуального впливу пігментів на водонепроникність бетонів дозволяє сказати, що найменші рівні W спостерігаються у складів з жовтим барвником. Бетони з червоним і синім пігментами, а також із сумішами з перевагою даних кольорів, показують в середньому на одну марку більш високу водонепроникність в порівнянні з складами з жовтим пігментом. У міру збільшення загальної кількості пігменту роль його виду (кольору) у зміні водонепроникності зростає. Аналіз відносної зміни водонепроникності W при введенні пігментів дозволяє зробити висновок, що незалежно від виду пігменту при його кількості до 15 кг/м водонепроникність декоративних бетонів не нижче водонепроникності контрольних бетонів аналогічних складів W  1 . При кількості пігменту до 10 кг/м3 рівень W складів з червоним і синім барвником, а також з їх сумішами, виявляється навіть на 10…30 % вище в порівнянні з бетонами без пігменту. З урахуванням дискретності визначення показника W це означає, що для складів з 3 5…10 кг/м пігменту (крім жовтого або переважно жовтого) водонепроникність виявляється приблизно на одну марку вище, ніж у складів без порошкових барвників. Такий позитивний з точки зору довговічності в умовах напірної дії води ефект можна пояснити механізмом позитивного впливу пігментів на структуру композита як дрібнодисперсних наповнювачів. Проте 3 підвищення вмісту пігменту більше за 20 кг/м вже негативно позначається на показнику водонепроникності бетону. Для складів з максимальними кількістю барвника водонепроникність вже на 10…25 % нижче, ніж у контрольних складів. Фактично це означає зниження рівня W в середньому на одну марку, а в разі застосування чистого жовтого пігменту - до двох марок. В цілому, аналіз впливу пігментів на водонепроникність модифікованих декоративних 3 бетонів показав можливість застосування до 15…20 кг барвника на 1 м матеріалу без погіршення даного показника якості. У разі використання більш щільних червоного і синього пігментів при кількості барвника до 10 кг/м відбувається навіть деяке збільшення показника водонепроникності бетону в порівнянні з контрольним. Тріщиностійкість бетону визначалася за рівнем критичного коефіцієнта інтенсивності 0,5 напружень K1C (МПа  м ). Побудовані по відповідним ЕС-моделям діаграми, що відображають вплив кількості портландцементу та кількості і виду пігменту на тріщиностійкість бетону K1C та відносну зміну цього показника якості K1C для досліджених модифікованих бетонів показані на фіг. 4.а та фіг. 4.б відповідно. 3 UA 75117 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Аналіз показаної на фіг. 4.а діаграми дозволяє сказати, що тріщиностійкість досліджених декоративних бетонів при варіюванні кількості цементу і виду та кількості пігменту змінювалася 0,5 більш ніж на 40 % - від 0,42 до 0,59 МПа  м . Найбільшою мірою на рівень критичного коефіцієнта інтенсивності напружень впливала кількість портландцементу, - якщо для складів з 3 0.5 мінімальною дозуванням в'яжучого (400 кг/м ) K1C змінювався в межах 0,42…0,48 МПа  м , то 3 0,5 для складів з дозуванням 600 кг/м - від 0,52 до 0,59 МПа  м . Також досить істотний вплив на рівень тріщиностійкості декоративних бетонів має кількість і вид пігменту. Підвищення кількості 3 0,5 барвника з 5 до 12…15 кг/м збільшує K1C в на 0,02-0,03 МПа  м . Тобто пігмент як 3 наповнювач має раціональне дозування за показником тріщиностійкості близько 12…15 кг/м . 3 Подальше підвищення кількості барвника (до 20…25 кг/м ) знижує рівень критичного коефіцієнта інтенсивності напружень K1C , що пояснюється підвищенням водопотреби сумішей і відповідним зниженням міцності структури і збільшенням початкової усадки. Незалежно від кількості пігменту найменшу тріщиностійкість показують склади з жовтим або переважно жовтим барвником. Даний ефект пояснюється підвищеними рівнями В/Ц сумішей рівної рухливості при використанні даного найменш щільного пігменту. Аналіз показаної на фіг. 4.б діаграми дозволяє сказати, що введення порошкових пігментів позначається на тріщиностійкості досліджених суднобудівних бетонів переважно позитивно. 3 Уже при кількості пігменту 5 кг/м рівень K1C декоративних бетонів зростає на 3…5 % в порівнянні з аналогічними контрольними складами (за винятком бетонів з жовтим барвником). 3 При введенні ж пігменту в кількості 12…15 кг/м тріщиностійкість декоративних бетонів виростає на 8…10 % в порівнянні з контрольними складами при використанні червоного і синього пігментів і в середньому на 5 % при використанні жовтого барвника. В цілому, при кількості 3 пігменту до 20 кг/ рівень K1C був завжди більше одиниці, тобто тріщиностійкість модифікованих декоративних бетонів була вище або рівною тріщиностійкості аналогічних контрольних складів. Крім міцності, водонепроникності і тріщиностійкості досліджувалась морозостійкість модифікованих декоративних бетонів. Було виявлено, що всі склади з кількістю пігменту до 3 15 кг/м мають рівень F не нижче, ніж аналогічні контрольні склади - від 350 до 450 циклів. Лише 3 склад з мінімальною кількістю цементу та максимальною кількістю жовтого пігменту (25 кг/м ) показав морозостійкість F300. Висока морозостійкість модифікованих декоративних і контрольних складів досягається за рахунок введення комплексної добавки Пенетрон-А + С-3 та використанню якісних заповнювачів. Аналіз декоративних властивостей досліджених модифікованих бетонів, а саме насиченості 3 їх кольору, показав, що при дозуванні пігменту 5 кг/м колір не можна вважати достатньо насиченим завдяки використанню звичайного сірого цементу. Достатньо насиченим колір бетону стає при використанні 15 кг пігменту. Подальше підвищення кількості пігменту ще підвищує декоративні властивості матеріалу, проте знижує його механічні властивості. На колір декоративного бетону крім порошкових пігментів впливає колір і чистота заповнювачів. Для досягнення більш насиченого кольору бетону бажано застосування митих заповнювачів і кварцових пісків білого відтінку. На кінцевий колір поверхні бетонної конструкції з декоративного бетону також впливає забруднення робочої опалубки і колір та якість матеріалу, який використовується для змащування опалубки. Як зазначено вище, крім одного виду пігменту для досягнення необхідного декоративного ефекту може використовуватися суміш пігментів. При загальній кількості введеного 3 залізоокисного пігменту близько 15 кг/м , що відповідає рекомендованій кількості, в залежності від необхідного кольору декоративного бетону може використовуватися різний від пігменту. У таблиці 2 наведено дані про колір бетону, який буде отриманий в залежності від виду застосованого пігменту (суміші пігментів). Таблиця 2 Колір декоративного бетону, який буде отриманий з залежності від виду застосованого пігменту (суміші пігментів) Застосований пігмент (суміш пігментів) 3 Червоний 15 кг/м 3 Синій 15 кг/м 3 Жовтий 15 кг/м Колір декоративного бетону Червоний Темно-синій Жовтий 50 4 UA 75117 U Продовження таблиці 2 Колір декоративного бетону, який буде отриманий з залежності від виду застосованого пігменту (суміші пігментів) Застосований пігмент (суміш пігментів) 3 Червоний 7 кг/м Жовтий 8 кг/м 3 3 Синій 7,5 кг/м Жовтий 7,5 кг/м 3 3 Синій 5 кг/м Жовтий 10 кг/м 3 3 Червоний 6 кг/м Синій 9 кг/м Колір декоративного бетону Помаранчевий Зелений Жовто-зелений (салатний) Фіолетовий Таким чином, запропонована корисна модель дає змогу одержати високі фізико-механічні характеристики з міцності, морозостійкості, водонепроникності та тріщиностійкості і одночасно з тим надати бетону необхідного кольору. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Модифікована декоративна бетонна суміш, що включає портландцемент, кварцовий пісок, гранітний щебінь, добавки С-3 і Пенетрон А та воду, яка відрізняється тим, що додатково містить залізоокисний пігмент (червоний РJ130 або жовтий PJ920, або синій PJ513, або їх суміш) у наведеному ваговому співвідношенні (%): портландцемент 17-25 кварцовий пісок 24-30 гранітний щебінь 44-47 добавка С-3 0,12-0,2 Пенетрон А 0,3-0,6 залізоокисний пігмент червоний РJ130 або жовтий PJ920, або синій PJ513, або їх суміш 0,6-1,0 вода решта. 5 UA 75117 U 6 UA 75117 U 7 UA 75117 U 8 UA 75117 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9