бетонная смесь

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая портландцемент, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного - стекловидного кремнезема не менее 75-80%, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок крупностью до 5 мм, щебень из горных пород с маркой по дробимости 800-1400 и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молотый кварцевый песок или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·10³ см² /г и очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм при следующем содержании компонентов, кг на 1 м³ бетонной смеси:

портландцемент марки не ниже М500	150-300
суперпластификатор на основе поликарбоксилатного
эфира, % от массы цемента в пересчете на сухое
вещество	0,5-1,5
микрокремнезем, % от массы цемента	10-15
средний или крупный кварцевый
или полевошпатовый песок	400-550
щебень из плотных горных пород	800-850
молотый кварцевый песок или каменная мука	150-290
очень мелкий кварцевый песок	400-550
вода	140-170

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бетонным смесям для получения бетонов с низкими удельными расходами цемента на единицу прочности (отношению расхода цемента в килограммах к прочности бетонов при сжатии в мегапаскалях), не превышающих 4,5 кг/МПа, и может быть использовано в промышленно-гражданском, мелиоративном, транспортном строительстве, преимущественно, в технологии сборных конструкций из железобетона. Оно может быть реализовано в монолитном строительстве жилых, общественных и административных зданий.

Известны бетонные смеси с нормированными расходами цемента для средних марок М300-500, включающие вяжущее, крупный и мелкий заполнитель и воду, содержащие в качестве вяжущего портландцемент марок «400» или «500», в качестве мелкого заполнителя кварцевые или полевошпатовые пески крупностью до 5 мм, в качестве крупного заполнителя щебень, из горных пород или гравий фракции от 5 до 20 мм [Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-7-85). Москва, 1986, с.26, таблица 2, стр.6].

Недостатком этих бетонных смесей является то, что изготовленные из них бетоны средних марок М300-М500 содержат повышенные расходы цемента от 270 до 500 кг на 1 м³. Для марок бетонов М300 (30 МПа), М400 (40 МПа), М500 (50 МПа) нормированные расходы цемента для стендовой и агрегатно-поточной технологий, соответственно, составляют 370, 400 и 500 кг/м³. По этой причине в указанных бетонных смесях удельные расходы цемента на единицу прочности имеют относительно большие значения, соответственно 12,3 кг/МПа, 10 кг/МПа и 10 кг/МПа.

Известны также бетонные смеси для бетонов повышенных марок с максимальной прочностью 58-73 МПа с расходами портландцемента М500 - 330-380 кг/м ³, кварцевого песка - 820-880 кг/м³, щебеня гранитного - 920-950 кг/м³, воды - 150-170 кг и модифицирующей добавки - 40-75 кг/м³, в качестве которой используется модификатор МБ, состоящий из суперпластификатора, микрокремнезема и регулятора схватывания [Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва-Сити». Часть 1 // Строительные материалы. № 10, М., 2006, с.13-16. Таблица 2, С.15. Составы № № с 1 по 5, состав в № 6 - башня А, состав № 7). Удельный расход цемента в этих бетонных смесях составляет от 4,52 до 6,55 кг/МПа.

Недостатком этих бетонных смесей также является относительно большие удельные расходы цемента на единицу прочности.

Кроме того, известна бетонная смесь [RU 2357940, С04В 28/04, С04В 18/04, С04В 24/00, С04В 111/20, 10.06.2009], содержащая портландцемент, песок фракции 0,315-2 мм, щебень фракции 5-20 мм, микрокремнезем, суперпластификатор С-3, тонкомолотый кварцевый песок, воду затворения, кремнийорганическую добавку - смесь метилфенилциклосилоксанов и сажу белую, а вода затворения дополнительно содержит поливиниловый спирт ПВС и подсмольную воду - продукт переработки каменных углей пиролизным способом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент	18,0-20,0
микрокремнезем	1,0-2,0
щебень фракции 5-20 мм	39,98-40,68
песок фракции 0,315-2 мм	28,0-32,0
сажа белая	0,9-1,0
суперпластификатор С-3	0,15-0,25
тонкомолотый кварцевый песок	0,8-1,0
кремнийорганическая добавка -
смесь метилфенилциклосилоксанов	0,02
поливиниловый спирт	0,07-0,15
подсмольная вода	0,4-0,6
вода	6,0-7,0

Недостатком этой бетонной смеси также является относительно большие удельные расходы цемента на единицу прочности.

Наиболее близким к предложенной является бетонная смесь, содержащая на 1 м³ бетона портландцемента - 330 кг, кварцевого песка - 800 кг/м³, щебня гранитного - 850 кг, модификатора МБ - 80 кг, минерального порошка (известняковой муки) - 150 кг, воды - 150 кг [Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва-Сити». Часть 1 // Строительные материалы. № 10, М., 2006, с.13-16. Таблица 2, с.15. Составы № 6, участок 13 (А1)].

Недостатком и этой бетонной смеси является повышенный удельный расход цемента на единицу прочности, составляющий 4,85 кг/МПа.

Требуемый технический результат заключается в уменьшении расхода цемента на единицу прочности (не более 4,5 кг/МПа).

Требуемый технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного (стекловидного) кремнезема не менее 75-80%, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок, щебень из горных пород с маркой по дробимости 800-1400 и воду, дополнительно содержит повышенные количества молотого кварцевого песка или молотой каменной муки из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·10³ см²/г, очень мелкого кварцевого песка узкого гранулометрического состава фракции 0,1-0,63 мм, при следующем содержании компонентов, кг/м³ бетонной смеси:

- портландцемент марки не ниже М500	150-300
- суперпластификатор на основе карбоксилатного
эфира, % от массы цемента в пересчете на сухое вещество	0,5-1,5
- микрокремнезем, % от массы цемента	10-15
- средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок	400-550
- щебень из плотных горных пород	800-850
- молотый кварцевый песок или каменная мука	150-290
- очень мелкий кварцевый песок	400-600
- вода	140-170

Бетонная смесь отличается тем, что удельный расход цемента на единицу прочности бетона, изготовленного на ее основе, не превышает 4,5 кг/МПа. Это достигается, в частности, тем, что введение повышенного количества каменной муки или молотого кварцевого песка (с удельной поверхностью (3-5)·10³ см²/г), близкого к расходу цемента или несколько превышающего его, а также добавление значительного количества очень мелкого кварцевого песка фракции от 0,1 до 0,63 мм, формирует в водной среде совместно с цементом и микрокремнеземом специфическую реологическую матрицу течения и обеспечивает сильное разжижение тонкозернистой смеси под действием суперпластификатора. Это позволяет дополнительно наполнить текучую смесь обычным песком и щебнем и существенно снизить удельный расход воды и цемента.

Тончайшие наноразмерные частицы кварца из молотого кварцевого песка или каменной муки из молотых кремнеземосодержащих горных пород - диабаза, андезита, гранита и др. вступают в реакцию с гидролизной известью с образованием гидросиликатов кальция, дополняя положительное действие наноразмерных частиц микрокремнезема (в образовании гидросиликатов и повышении прочности). Реолитовые стекла базальта также участвуют в формировании прочности.

Для изготовления малоцементной бетонной смеси используют следующие материалы.

Портландцемент ПЦ500Д0 по ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 30515-97.

Суперпластификатор Melflux F 1641; Melflux F 2641.

Микрокремнезем с содержанием аморфного (стекловидного) кремнезема 79%.

Молотую каменную муку с удельной поверхностью 3100-3500 cм ²/г из плотных горных пород с истинной плотностью: базальта с _и=3,05 г/см³, диабаза с _и=3,0 г/см³, андезита с _и=2,8 г/см³, гранита с _и=2,71 г/см³, известняка с _и=2,72 г/см³ с маркой по дробимости 800-1400.

Молотый кварцевый песок и молотые горные породы с удельной поверхностью 3500 см²/г.

Очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм.

Средний кварцевый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности М_кр=2,2.

Крупный кварцевый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности М_кр=2,7.

Средний полевошпатовый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности М_кр=2,1.

Щебень гранитный фракции 5-10 мм.

Бетонную смесь готовят в бетоносмесителе принудительного действия.

Испытание бетонной смеси проводят по ГОСТ 10181-2000.

Прочность бетона на сжатие определяют по ГОСТ 10180-90.

Составы бетонной смеси и показатели удобоукладываемости приведены в таблице 1.

Расходы цемента на 1 м³ бетонных смесей, прочность на сжатие бетонов и удельные расходы цемента на единицу прочности бетонов приведены в таблице 2.

Вышеприведенные результаты исследований свидетельствуют о том, что малоцементная сырьевая смесь по изобретению имеет более низкий удельный расход цемента на единицу прочности бетона, не превышающий 4,5 кг/МПа, и не уступает по прочности бетону по ближайшему и другим аналогам.

Таблица 1
Расходы материалов бетонной смеси, кг/м3 бетона
Наименование материалов	Составы бетонных смесей
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Прототип
Портландцемент М500	150	180	236	300	150	182	240	296	155	183	242	298	330
Суперпластификатор Melflux F 1641	0,9	1,4	-	-	1,2	-	-	1,5	-	1,5	-	1,5	СП С-3+
Суперпластификатор Melflux F 2641	-	-	1,4	1,2	-	1,2	2,1	-	1,1	-	1,1	-	+ микрокремнезем (85)
Микрокремнезем	22	18	24	30	20	20	28	44	23	23	31	42
Молотая каменная мука Sуд=3500 см2/г	-	-	-	-									-
из молотого базальта	-	-	-	-	181	-	-	-	-	190	-	-	-
из молотого диабаза	-	-	-	-	-	195	-	-	-	-	-	-	-
из молотого андезита	-	-	-	-	-	-	245	-	-	-	276	-	-
из молотого гранита	-	-	-	-	-	-	-	268	-	-	-	273	-
из молотого известняка	-	-	-	-	-	-	-	-	178	-	-	-	150
Молотый кварцевый песок Sуд=3500 см2/т	158	170	217	270	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Очень мелкий кварцевый песок фр. 0,1-0,63 мм	550	532	485	450	545	540	482	445	540	535	478	430	-
Средний кварцевый песок	-	-	-	-	545	-	-	-	-	-	-	-	-
Крупный кварцевый песок	-	-	-	-	-	545	460	-	-	-	465	-	800
Средний полевошпатовый песок	550	532	480	450	-	-	-	460	535	538	-	455	-
Щебень гранитный	830	850	840	800	825	840	845	810	835	845	850	805	850
Вода	167	162	146	160	168	165	140	158	164	165	143	156	150
Жесткость смеси, секунды	62	30	-	-	52	27	9	-	70	24	-	-	-
Осадка конуса, см	-	-	8	12	-	-	-	10	-	-	7	11	28

Таблица 2
Наименование показателей	Номера составов бетонных смесей
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Прототип
Расход цемента, кг	150	180	236	300	150	182	240	296	155	183	242	298	330
Прочность на сжатие, МПа	34	43	64	74	35	45	65	73	35	44	62	70	68
Удельный расход цемента на единицу прочности, кг/МПа	4,41	4,19	3,69	4,05	4,28	4,04	3,69	4,05	4,43	4,16	3,9	4,14	4,85

Таким образом, предложенная бетонная смесь характеризуется уменьшенным расходом цемента на единицу прочности, не превышающим 4,5 кг/МПа, что доказывает достижение требуемого технического результата.