Спосіб приготування бетонних сумішей

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при приготовлении бетонных смесей. Известен способ приготовления плотной бетонной смеси, заключающийся в перемешивании цемента, заполнителя и подогретой воды, где, с целью повышения степени активности цемента, последний перемешивают с избыточным количеством воды [1]. Недостатком данного способа является незначительное повышение прочности, происходящее в результате равномерного перемешивания компонентов смеси, а также использование подогретой воды, что ведет к неоправданному сокращению сроков схва тывания бетонной смеси. В известном способе приготовления бетонных смесей по интенсивной раздельной технологии в работающий скоростной смеситель дозируют последовательно всю необходимую для замеса воду, часть песка - от 25 до 75% от общего его количества и весь необходимый для замеса цемент. Компоненты смеси перемешиваются в скоростном смесителе в течение 40 - 45с и подаются в обычный смеситель, предварительно загруженный заполнителями, для окончательного перемешивания [2]. Недостатком данного способа является то, что прирост прочности бетонов по данному способу практически происходит только в результате тщательного перемешивания, а эффект аморфизации поверхностного слоя песка не достигается из-за увеличения его удельной поверхности. Наиболее близким по механической сущности к заявляемому является способ приготовленим бетонных смесей, заключающийся в следующем: в скоростном смесителе со скоростью 6 - 9м/с активируют сначала песок с цементом в течение 10 - 25с, затем вводят 15 - 30% воды от массы цемента и продолжают активацию 35 - 50с. После чего полученную смесь подают с остальной водой в низкоскоростной смеситель, загруженный крупным заполнителем и продолжают обработку [3]. Недостатком данного способа является то, что при скорости активации 6 - 9м/с возможно использование в качестве мелкого заполнителя только кварцевого песка, так как аморфизация поверхности заполнителей другого вида (гранулированный шлак, гранитный отсев и т.п.) при эти х скоростях практически но происходит. По данному способу приготовление бетонной смеси ведется по раздельной технологии, то есть с применением двух смесителей. Кроме того данная технология не обеспечивает значительного повышения прочности бетонов, так как в скоростном смесителе осуществляется активация только растворной составляющей бетона, крупный же заполнитель является инертным. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа приготовления бетонных смесей, в котором за счет изменения последовательности введения компонентов и технологических параметров приготовления смеси обеспечивается повышение прочности бетона и за счет этого значительно снижается расход цемента. Поставленная задача решается тем, что в способе приготовления бетонных смесей, включающем подачу в скоростной смеситель воды затворения, песка, цемента, их активацию с последующим смешением с остальными компонентами, согласно изобретению в скоростной смеситель подают одновременно необходимые для замеса мелкий заполнитель, вяжущее и часть воды в количестве 10 - 15% от расчетного и осуществляют и х активацию в течение 60 - 90с, а затем вводят крупный заполнитель и оставшуюся часть воды и продолжают обработку в точение 30 - 60с, при этом скорость активации составляет 12 - 18м/с. Заявляемый способ отличается от способа прототипа тем, что в скоростной смеситель подают одновременна все необходимое для приготовления бетонной смеси количество мелкого заполнителя и цемента, а также часть воды в количестве 10 - 15% от требуемой и активируют в течение 60 - 90с, затем добавляют крупный заполнитель и оставшуюся воду и осуществляют и х совместн ую активацию в течение еще 30 - 60с, при этом скорость активации составляет 12 - 18м/с. При обработке растворной составляющей бетонной смеси с частью воды происходит аморфизация поверхности мелкого заполнителя и разрушение гидратной пленки цемента с одновременным его доизмельчением. Кроме того, вследствие наличия части воды и цемента, повышается щелочность среды, что влечет за собой увеличение растворимости аморфизированной поверхности мелкого заполнителя с 6 × 10-4% до 1,4 × 10-2% и образование кремнекислоты H2SiO4, молекулы которой взаимодействуют со свободной гидроокисью кальция Ca(OH)2, имеющейся в цементе, с образованием гидросиликатов кальция. Это обеспечивает химическое взаимодействие в контактной зоне мелкий заполнитель - вяжущее. Крупный заполнитель, попадая в скоростной смеситель, подвергается механическому воздействию. Происходит аморфизация его поверхности с образованием микротрещин, которые забиваются растворной частью смеси, что обеспечивает увеличение сцепления растворной составляющей бетона с крупным заполнителем. Химическое взаимодействие в контактной зоне мелкий заполнитель - вяжущее, увеличение сцепления растворной составляющей с крупным заполнителем значительно повышает прочность искусственного камня. Кроме того, перемешивание материалов различного размера и плотности обеспечивает при больших скоростях обработки увеличение температуры смеси, за счет трения, кроме того интенсивная обработка повышает однородность бетонных смесей. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "Новизна". Установлено, что активация компонентов бетонных смесей известна, однако заявляемого режима активации, направленного одновременно на аморфизацию поверхности зерен заполнителя, и обеспечивающего установление химических связей в контактной зоне заполнитель - вяжущее, с увеличением сцепления растворной составляющей с крупным заполнителем и увеличение температуры бетонной смеси с повышением однородности - не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "существенные отличия". Способ осуществляется следующим образом. Весь необходимый для замеса мелкий заполнитель и цемент, а так же 10 - 15% от необходимого количества воды одновременно загружают в скоростной смеситель роторного типа, где они совместно обрабатываются в течение 60 - 90с. Обработка растворной составляющей бетона с незначительным количеством воды обеспечивает аморфизацию поверхности мелкого заполнителя и разрушение гидратной пленки цемента с одновременным доизмельчением последнего. Кроме того, благодаря наличию воды и цемента повышается щелочность среды и резко увеличивается расстворимость аморфизируемой поверхности мелкого заполнителя с образованием кремнекислоты N4SiO4, которая, взаимодействуя со свободной гидроокисью кальция Ca(OH)2, имеющейся в цементе, образует гидросиликаты кальция. Затем в скоростной смеситель подают крупный заполнитель с оставшейся частью воды, необходимой для замеса, и продолжают обработку в течение еще 30 - 60с. Кр упный заполнитель подвергается механическому воздействию, происходит аморфизация его поверхности с образованием микротрещин, в которые попадает активированная растворная составляющая, что обеспечивает прочное сцепление последней с заполнителем. За счет трения составляющих бетонной смеси, имеющих различные массу и плотность, повышается температура смеси. Весь процесс обработки происходит при скорости от 12,0 до 18,0м/с, что обеспечивает высокую однородность бетонной смеси. Пример. Для опробации заявляемого способа использовались следующие материалы: - вяжущее - шлакопортландцемент М400 Криворожского цементногорного комбината; - мелкий заполнитель - Днепровский песок с модулем крупности Мкр - 1,53; гранулированный доменный шлак комбината "Криворожсталь"; - крупный заполнитель - гранитный щебень фракции 5 - 20мм; - вода - соответствующая требованиям, предъявляемым к воде для приготовления бетонных смесей. Из вышеприведенных материалов подбирался состав бетонной смеси, подвижность которой ОК = 1 - 5см, при приготовлении по традиционной технологии после 28 суток естественного твердения прочность бетона составляла 20МПа. Расход материалов на приготовление 1м 3 бетона составляет: Ц : П : Щ : В = 280 : 618 : 1293 : 192кг. Применение в качестве вяжущего портландцементов и шлакопортландцементов, произведенных на други х предприятиях, существенного влияния на результаты не оказывают. Этап I. Первой задачей, стоящей перед авторами, было определение оптимального количества воды, вводимой в скоростной смеситель на стадии обработки мелкого заполнителя и цемента. Для этого в скоростной смеситель загружали весь необходимый для замеса мелкий заполнитель и цемент и 5% воды, необходимой для замеса. Смесь активировали 60с, затем добавляли крупный заполнитель и остальную воду и продолжали обработку еще 60с. После окончания активации, скорость которой составляла 15м/с, из приготовленной бетонной смеси изготавливались образцы-кубы 15 ´ 15 ´ 15см, на которых определялся предел прочности при сжатии через 28 суток естественного твердения. Эксперимент повторяли с 10, 15, 20, 25% воды. Обработка полученных результатов показала, что при активации растворной составляющей с 10 - 15% воды, необходимой для замеса, происходит наибольший прирост прочности. Этап II. Полный цикл активации бетонной смеси состоял из двух этапов: а) активация растворной составляющей с 12% воды; б) активация с добавлением крупного заполнителя и остальной воды. Меняя время активации на первом этапе с 30 до 120с, составляя время активации на втором этапе неизменным - 30с, определено рациональное время активации растворной составляющей бетона. Кроме того проверялось влияние времени активации всей бетонной смеси на втором этапе, которое изменялось от 20 до 120с, при этом активация растворной составляющей с 12% воды была неизменной и составляла 60с. Испытания проводились следующим образом: а) В скоростной смеситель загружали все необходимое дня замеса количество мелкого заполнителя, цемента и 12% воды и активировали смесь в течение 30, 45, 60, 90, 120с, в каждом спучае добавляли крупный заполнитель и оставшуюся часть воды и продолжали активацию в течение 30с, при скорости 15м/с. б) В скоростной смеситель загружали все необходимое для замеса количество мелкого заполнителя, цемента и 12% воды, обрабатывали смесь в течение 90с, затем добавляли крупный заполнитель и остальную часть поды и продолжали обработку в течение 29,30, 45, 60, 90, 120с, при скорости активации 15м/с. Испытания проводились по методике, описанной в этапе I. Исследованиями установлено, что обработка растворной составляющей менее 60с не обеспечивает достаточной аморфизации мелкого заполнителя, а более 90с существенно не сказывается на приросте прочности. Активация же бетонной смеси после добавления крупного заполнителя и воды должна происходить в течение 30 - 60с, так как за меньшее время не достигается однородность смеси, а активация более 60с приводит к измельчению крупного заполнителя и следовательно, к снижению прочности бетона. Этап III. Дня определения интервала скорости активации применялись съемные шкивы, обеспечивающие заданную скорость активации 5,1; 7,6; 9,0; 12,0; 15,0; 18,0; 21,2м/с. В активатор помещали весь мелкий заполнитель, цемент и 12% необходимой для замеса води, которые активировались в течение 90с. после чего добавляли крупный заполнитель и оставшуюся часть воды и продолжали активацию еще 45с, далее по вышеописанной методике проводились испытания, эксперимент повторяли для каждой из приведенных скоростей. Как видно из приведенных в таблице чанных, скорость активации ниже 12м/с, особенно при применении в качестве мелкого заполнителя гранулированного шлака, дает незначительный положительный эффект из-за недостаточной аморфизации поверхностного слоя заполнителей, при скоростях выше 18м/с, из-за переизмельчения заполнителей, имеет место резкий спад прочности. Для сопоставления полученных данных повышения прочности бетонов по заявляемому способу приведены данные по способу, принятому за прототип. Экспериментальные данные, полученные в результате подбора рационального режима активации по заявляемому способу и способу, принятому за прототип, сведены в таблицу. Таким образом, экспериментально установлено, что приготовление бетонной смеси в скоростном смесителе роторного типа должно производится; во-первых с активацией всего количества растворной составляющей и частью воды в количестве 10 - 15% от расчетного; во-вторых, время активации растворной составляющей должно находиться в пределах от 60 до 90с, а время активации после добавления крупного заполнителя и остальной воды должно быть в пределах от 30 до 60с; в - третьих, скорость активации, обеспечивающая аморфизацию поверхности заполнителя, должна находиться в пределах от 12 до 18м/с. При соблюдении вышеуказанных параметров данного способа гарантирован прирост прочности бетона в среднем на 80%, что выше, чем по способу-прототипу. Применение заявляемого способа позволит увеличить прочность бетона примерно на 80% или значительно снизить расход цемента при приготовлении 1м 3 бетона. В настоящее время разрабатывается технология активации бетонных смесей по заявляемому способу в АП "Гордорремстройтрест" г.Днепропетровска при производстве стеновых материалов и бетонов для дорожного строительства. Внедрение намечено на 1996г.