способ изготовления бетонных изделий

Формула изобретения

1. Способ изготовления бетонных изделий, включающий приготовление мелкозернистой бетонной смеси с использованием кварцевого заполнителя с размером зерен не более 10 мм, заполнение формы бетонной смесью, распалубку, а также выдержку изделия в температурно-влажностном режиме, обеспечивающем твердение бетонной смеси, отличающийся тем, что бетонную смесь приготавливают с использованием кварцевого заполнителя с модулем - М крупности от 1,75 до 3,0 и с содержанием глинистых и пылевидных частиц, не превышающим 3 мас.%, заполнение формы осуществляют путем послойной трамбовки укладываемой в форму слоями толщиной не более 200 мм бетонной смеси, при этом водоцементное отношение - В/Ц выбирают в зависимости от модуля - М крупности кварцевого заполнителя в соответствии с зависимостью В/Ц=(0,9÷1,1)·(0,72-0,2·М), а при воздействии трамбовочными средствами на трамбуемый слой бетонной смеси обеспечивают давление в диапазоне от 1,8 до 2,9 кН/см²,

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что форму выполняют из отдельных частей.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что распалубку производят с обеспечением одновременного отделения формы или каждой части формы во всех точках изделия, сопряженных с формой или данной частью формы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кварцевый заполнитель с размером зерен не более 5 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а более конкретно к технологии изготовления изделий из мелкозернистого бетона преимущественно малых архитектурных форм.

Из уровня техники известен способ изготовления бетонных изделий сложной конфигурации, включающий приготовление бетонной смеси, заполнение формы твердеющим раствором, помещение формы, заполненной твердеющим раствором, в инертную среду, например воду, уплотнение смеси путем вибрации либо только формы, либо одновременно формы и инертной среды, а после уплотнения смеси форму извлекают из инертной среды и производят распалубку (см. патент RU №2140852 C1, 1996).

Поверхность изделия, изготовленного по описанному выше способу, получается гладкой и лишена воздушных раковин и других видимых изъянов. Основной недостаток известного способа изготовления бетонных изделий сложной конфигурации заключается в том, что он не обеспечивает получение изделий, обладающих высокой морозостойкостью.

Известен также способ изготовления бетонных изделий сложной конфигурации, взятый в качестве прототипа и включающий приготовление мелкозернистой бетонной смеси с использованием заполнителя в виде чистого кварцевого песка и/или кварцита с размером зерен не более 10 мм, вяжущего и пластификатора, каждую форму выполняют из отдельных частей, а запрессовку, например вибропрессованием, бетонной смеси в формы осуществляют с усилием, обеспечивающим давление в 3-4 атмосферы на боковые стенки формы. Непосредственно после запрессовки бетонной смеси в формы осуществляют распалубку с обеспечением одновременного отделения каждой части формы во всех точках изделия, сопряженных с данной частью формы, после чего осуществляют выдерживание изделия в камере твердения при температуре около 20°С и 100% влажности до достижения 70% отпускной прочности (см. патент RU №2188755 С1, 2001).

Однако известный способ изготовления бетонных изделий сложной конфигурации имеет следующие недостатки. Во-первых, изготовленные известным способом изделия не обладают высокой морозостойкостью, так как запрессовку бетонной смеси о форму осуществляют в диапазоне давлений, обеспечивающих необходимую распвлубочную прочность изделий, но вызывающих появление цементного молока. Цементное молоко, заполняя крупные поры, увеличивает долю пор размером 0,04-1,0 микрометров, оказывающих (как показали исследования) наибольшее влияние на морозостойкость изделий. Кроме того, запрессовка бетонной смеси в формы с обеспечением давления 3-4 атмосферы на ее стенки, возможна при использовании довольно сложного, а следовательно, дорогостоящего оборудования. Во-вторых, в предпочтительном варианте осуществления известного способа размер зерен кварцевого песка выбирают не менее 0,14 мм, что существенно ограничивает сырьевую базу, так как природный кварцевый заполнитель, как правило, содержит до 15% этой фракции.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению получения бетонных изделий, в том числе имеющих сложную конфигурацию, с непылящей, стойкой к истиранию поверхностью, подобной песчаннику, и обладающих высокой морозостойкостью (F 200 по ГОСТ 1060-95) при одновременном упрощении технологического процесса их изготовления за счет использования более простого и дешевого технологического оборудования. Достигаемый при этом технический результат заключается в снижении энергозатрат (величины силового воздействия на укладываемую в форму бетонную смесь) и в уменьшении до 7,5% в затвердевшем бетоне объемной доли пор с размером от 0,04 до 1,0 микрометра.

Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления бетонных изделий, включающем приготовление бетонкой смеси с использованием кварцевого заполнителя с размером зерен не более 10 миллиметров, заполнение формы бетонной смесью, распалубку, а также выдержку изделия в температурно-влажностном режиме, обеспечивающем твердение бетонной смеси, согласно изобретению бетонную смесь приготавливают с использованием кварцевого заполнителя с модулем - М крупности от 1,75 до 3,0 и с содержанием глинистых и пылевидных частиц, не превышающим 3 мас.%, заполнение формы осуществляют путем послойной трамбовки укладываемой в форму слоями толщиной не более 200 мм бетонной смеси, при этом водоцементное соотношение - В/Ц выбирают в зависимости от величины модуля - М крупности кварцевого заполнителя в соответствии с зависимостью: В/Ц=(0,9-1,1)·(0,72-0,2·М), а при воздействии трамбовочными средствами на трамбуемый слой бетонной смеси обеспечивают давление в диапазоне от 1,8 до 2,9 кН/см². Кроме того, поставленная задача решена тем, что:

- форму выполняют из отдельных частей;

- распалубку производят с обеспечением одновременного отделения формы или каждой части формы во всех точках изделия, сопряженных с формой или частью формы;

- используют кварцевый заполнитель с размером зерен не более 5 мм.

Преимущество предложенного способа изготовления бетонных изделий перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что указанные выше показатели гранулометрического состава кварцевого, заполнителя, зависимость водоцементного отношения от величины модуля крупности кварцевого заполнителя, а также режимные параметры заполнения формы путем послойной трамбовки укладываемой в форму бетонной смеси, полученной с использованием заполнителя с определенным гранулометрическим составом и соответствующим ему водоцементным отношением, обеспечивают эффективное распространение усилия трамбовки по толщине бетонной массы не более чем на 100 мм от места приложения трамбующего усилия. В результате обеспечивается равномерное уплотнение бетонной массы по всей толщине каждого слоя без образования на поверхности отформованного изделия цементного молока, при этом в готовом изделии поры с размером от 0,04 до 1,0 микрометра занимают не более 7,5% от объема, а поверхность изделия подобна песчаннику, непылящая и стойкая к истиранию.

При толщине слоя бетонной смеси, превышающей 200 мм, и при указанном выше диапазоне давлений, действующих на трамбуемый слой, не обеспечивается равномерности уплотнения укладываемых в форму слоев бетонной смеси. При использовании кварцевого заполнителя с модулем крупности меньше 1,75 или больше 3,0 не обеспечивается получение изделий с поверхностью, подобной песчаннику. Использование кварцевого заполнителя с содержанием глинистых и пылевидных частиц, превышающим 3 мас.%, приводит к ухудшению всех параметров готовых изделий, в том числе и прочностных.

Снижение величины силового воздействия на укладываемую в форму бетонную смесь позволяет использовать при осуществлении предложенного способа более простого, а следовательно, дешевого технологического оборудования.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.

Способ изготовления бетонных изделий осуществляется следующим образом. Приготавливают мелкозернистую бетонную смесь с использованием кварцевого заполнителя, например кварцевого песка с размером зерен не более 10 мм (в предпочтительном варианте осуществления способа - не более 5 км), с содержанием глинистых и пылевидных частиц, не превышающим 3 мас.%, и модулем крупности от 1,75 до 3,0, а также вяжущего и при необходимости пластификатора.

В качестве вяжущего используют портландцемент, цемент, цемент с добавлением минерального щелочестойкого красителя или цветной цемент.

В бетонную смесь могут быть включены различные добавки, такие как пластификаторы, микросилиций и т.п., но их присутствие не должно нарушать указанного выше гранулометрического состава заполнителя, которое, как необходимо отметить, позволяет расширить сырьевую базу предложенного способа, по сравнению с прототипом. Предельное количество добавок в бетонной смеси устанавливается в каждом конкретном случае экспериментально и определяется превышением в готовом изделии объемной доли пор с размером от 0,04 до 1,0 микрометра величины 7,5%.

Водоцементное отношение - В/Ц выбирают в зависимости от модуля М крупности кварцевого заполнителя в соответствии с установленной зависимостью:

В/Ц=(0,9-1,1)·(0,72-0,2·М).

Модуль - М крупности заполнителя выбирают в зависимости от желаемого вида поверхности формируемого бетонного изделия (вида песчанника, поверхность которого имитируется), а также от филигранности бетонного изделия. При этом, как отмечалось выше, модулю крупности соответствует диапазон от 1,75 до 3,0.

Затем осуществляют заполнение формы бетонной смесью путем укладки в форму последовательно слоев бетонной смеси толщиной не более 200 мм (предпочтительно от 100 до 200 мм) и уплотнения каждого слоя трамбовкой, при этом с помощью трамбовочных средств обеспечивают давление на трамбуемый слой бетонной смеси в диапазоне от 1,8 до 2,9 кН/см². Предпочтительно использовать трамбовочные средства с площадью рабочей поверхности от 1 до 20 см².

Армирование бетонных изделий осуществляют путем установки между укладываемыми в форму слоями бетонной смеси стержней с рифленой поверхностью. Это позволяет упростить процесс трамбовки.

Каждая форма может быть выполнена либо цельной, либо из отдельных частей, но в любом случае конструкция формы должна обеспечить в процессе распалубки отделение формы или каждой ее части одновременно во всех точках изделия, сопряженных соответственно с формой или данной частью формы.

Распалубку производят в любой момент после укладки бетонной массы в форму, за исключением случаев, когда изделия имеют большие размеры. В этом случае распалубку осуществляют после затвердения бетона. С момента укладки бетонной массы в формы и до достижения бетоном 70% от отпускной прочности, изделия выдерживают в температурно-влажностном режиме, обеспечивающем твердение бетона. Для этого могут быть использованы любые известные приемы: выдержка изделий в неразобранной форме, открытая часть которой покрыта паронепроницаемой пленкой и теплоизолирована; выдержка изделий после распалубки в среде при температуре 18-20°С и влажности, близкой к 100%, и др.

В дальнейшем предложенный способ иллюстрируется результатами, полученными на четырех образцах, изготовленных с использованием кварцевого заполнителя с размером зерен не более 5 мм, с содержанием пылевидных и глинистых частиц (мас.%) и модулем - М крупности соответственно; для первого образца - 0,6 мас.%, М=3,0; для второго образца - 0,6 мас.%, М=2,5; для третьего образца - 1,3 мас.%, М=2,12; для четвертого образца - 2,7 мас.%, М=1,75. Водоцементное отношение для первого образца равнялось 0,13, для второго - 0,22, для третьего - 0,3, для четвертого - 0,37. Распалубку всех образцов производили сразу после формования, обеспечивая отделение формы одновременно от всей поверхности образцов. После распалубки образцы выдерживались в среде при температуре 18-20°С и относительной влажности 95-98%.

Испытания образцов проводились после 28 суток твердения бетона. Прочность на сжатие определяли согласно ГОСТ 10180-90, морозостойкость - ГОСТ 10060-95, и стираемость - ГОСТ 13087-81, а размеры пор - с помощью ртутного порозиметра AOTОPORE 11 9220. Все полученные образцы имели поверхность, подобную песчаннику, морозостойкость - F 200, а прочность на сжатие от 38,4 до 43,3 МПа. Объемная доля пор с размером от 0,04 до 1,0 микрометра в первом образце составляла 7,5%, во втором - 7,4%, в третьем - 5,9%, а в четвертом - 5,0%. Истираемость поверхности образцов составляет 0,28-0,32 г/см².

Приведенные выше данные свидетельствуют о соответствии предложенного способа условию патентоспособности - промышленная применимость.