бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая цемент из клинкера нормированного состава ПЦ 500Д0-Н, баритовый концентрат различных фракций, золу-унос, а также комплексные химические добавки - поликарбоксилаты и лигносульфонаты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент ПЦ 500Д0-Н	10,9-11,5
Зола-унос	0,97-2,4
Баритовый концентрат	79,1-80,72
Добавки: поликарбоксилаты и	0,11-0,16
Лигносульфонаты	0,01-0,02
Вода	6,76-6,88

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составу бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона на основе тяжелых заполнителей с удельным весом >3,8 г/см³ и может быть использовано для изготовления различных строительных деталей и конструкций с повышенным объемным весом, а также как материал, предназначенный для использования в конструкциях с большими динамическими нагрузками, требующими повышенной устойчивости.

На современном рынке строительных материалов существует потребность в тяжелых бетонах, содержащих заполнители, например барит, лимонит с удельным весом >3,8 г/см³, и служащих для изготовления различных строительных деталей и конструкций с объемным весом бетона _o=3000-3300 кг/м³, например, массивные фундаменты, испытательные стенды, различные пригрузы, балансиры и т.д.

Известна бетонная смесь для изготовления изделий и конструкций из тяжелого бетона, включающая высококальциевую золу-унос, щебень, песок, хлоридсодержащую добавку и воду (RU 2101251 С1, С04В 28/08, 15.08.1995). Указанная смесь не позволяет на ее основе получать конструкции с объемным весом в пределах 3000-3300 кг/м³, а хлоридсодержащая добавка может стать причиной коррозии арматурного каркаса бетонируемого изделия.

Наиболее близкой к предложенной является бетонная смесь, включающая гидравлический цемент, барит, золу-унос, а также различные химические добавки, в том числе на основе карбоксилатов и сульфонатов (GB 1413121, С04В 28/04, 05.11.1975).

Указанная смесь обеспечивает получение конструкций с объемным весом 3000-3300 кг/м³, однако не позволяет в должной мере обеспечить другие характеристики бетона: подвижность и сохраняемость для дальних перевозок.

Задачей изобретения является повышение средней плотности и прочности бетона, а также расширение сырьевой базы путем сокращения дозировки наиболее легких составляющих бетонной смеси, в частности воды.

Другой задачей изобретения является получение наиболее плотной структуры бетонного камня за счет оптимального подбора соотношения составляющих бетонной смеси, в частности баритового концентрата и золы-уноса, а применение химических добавок последнего поколения - поликарбоксилатов, позволяет значительно сократить расход воды и тем самым увеличить ее плотность.

Поставленная задача решается тем, что бетонная смесь включает цемент из клинкера нормированного состава ПЦ 500Д0-Н, баритовый концентрат различных фракций, золу-унос (порошковая из отходов производства), а также комплексные химические добавки на основе поликарбоксилатов и лигносульфонатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%

портландцемент ПЦ 500Д0-Н	10,9-11,5
зола-унос	0,97-2,4
баритовый концентрат	79,1-80,72
добавки: поликарбоксилаты	0,11-0,16 и
лингосульфонаты	0,01-0,02
вода	6,76-6,88

Сущность изобретения заключается в том, что уменьшив расходы цемента и воды на единицу объема (м³), высвободившуюся часть объема смеси заполняют баритовым концентратом, тем самым увеличивая удельный вес бетонной смеси.

Указанный состав бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона позволяет повысить среднюю плотность и прочность материала, а также расширить сырьевую базу путем сокращения дозировки наиболее легких составляющих бетонной смеси, в частности воды.

Бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона предназначена для строительных конструкций с повышенным объемным весом, включает портландцемент, изготовленный из клинкера нормированного состава, утяжеленный заполнитель (баритовый или лимонитовый концентрат с плотностью не менее 3,8 г/см³) различных фракций в зависимости от назначения бетонной смеси, условий перевозки и укладки. Также бетонная смесь включает золу-унос сухого отбора с электрофильтров тепловых электростанций, образующуюся в результате сжигания углей в пылевидном состоянии, т.е. используются отходы от сжигания топлива, тем самым улучшается экология. Кроме того, в составе бетонной смеси используются суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов.

Соотношение компонентов бетонной смеси составляет по массе в %: цемент ПЦ 500Д0-Н 10,9-11,5 мас.%, баритовый концентрат 79,1-80,72 мас.%, зола-унос 0,97-2,4 мас.%, поликарбоксилаты 0,11-0,16 мас.%, лигносульфонаты 0,01-0,02 мас.% и воду 6,76-6,88. Вода дозируется в зависимости от условий перевозки, укладки бетонной смеси, требуемой прочности и т.д. Цемент ПЦ 500Д0-Н должен отвечать требованиям ГОСТ 10178, баритовый концентрат - ГОСТ 4682, зола-унос - ГОСТ 25818.

Золы-уноса имеют следующий химический состав: SiO₂ 46,44%; Al₂O₃ 10,86%; Fe₂O₃ 10,00%; СаО 22,15%; MgO 5,98%; SO ₃ 2,17%; TiO₂ 0,60%; Na₂O 0,74%; K₂O 0,56%. Удельная поверхность 374 м₂ /кг. Остаток на сите 008-7,0%.

Применение золы-унос в настоящем составе бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона позволяет кроме утилизации отходов производства, получить более плотную структуру бетона, сократить расход цемента или увеличить его прочностные характеристики, а также улучшить технологические свойства бетонной смеси.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителе принудительного действия.

Исходные материалы в работающий бетоносмеситель можно загружать одновременно (заполнитель - баритовый концентрат, цемент), а растворы химических добавок вводить вместе с водой затворения.

В зимнее время при использовании горячей воды порядок загрузки может быть следующим: заполнитель - баритовый концентрат, горячая вода, цемент.

Конкретные составы бетонных смесей и параметры их приготовления приведены в табл.1, а результаты испытания образцов, полученных из бетонных смесей, приведены в табл.2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона имеет высокую среднюю плотность, при невысоких расходах цемента, обладает высокой прочностью, сохраняет свои свойства (обладает хорошей живучестью) до 2-х часов и более, что легко достигается корректировкой состава. Применение в составе бетонной смеси отходов производства - золы-унос - позволяет значительно снизить себестоимость материала и решить проблему утилизации отходов.

Учитывая то, что основной задачей при проектировании и создании состава бетонной смеси для изготовления тяжелого бетона являлось получение максимального удельного веса, изыскивались возможности наибольшего сокращения дозировки наиболее легких ее составляющих, т.е. воды и замены их наиболее тяжелыми - баритовый концентрат.

Введение золы-унос позволяет ей уплотнить цемент. Получается как бы одна фаза в другой. Цемент уплотняет баритовый концентрат, а зола-унос уплотняет цемент, что позволяет увеличить прочность бетона или при заданной прочности уменьшить расход цемента и воды. Таким образом, уменьшив расходы цемента и воды на единицу объема (м ³), высвободившуюся часть объема заполняют баритовым концентратом, тем самым увеличивая удельный вес бетонной смеси. В то же время остальные характеристики бетонной смеси: прочность, подвижность, сохраняемость остаются неизменными, а если и изменяются, то в лучшую сторону.

Предложенная бетонная смесь для изготовления тяжелого бетона позволяет получить тяжелый бетон, в том числе с удельным весом _о=3000-3300 кг/м³. Кроме того, предложенная бетонная смесь позволяет надежно сохранять свои характеристики при перевозках и тем самым повысить долговечность изготавливаемых из нее бетонных конструкций.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Таблица 1
Компоненты бетонной смеси	Предлагаемый состав, масса, %
1	2	3	4
Портландцемент ПЦ 500Д0-Н	11,5	11,5	10,9	11,34
Зола-унос	2,4	2,4	2,2	0,97
Баритовый концентрат 0-5мм	79,16	79,1	-	-
Баритовый концентрат 0-8мм	-	-	79,9	-
Баритовый концентрат 0-13мм	-	-	-	80,72
Поликарбоксилаты	0,16	0,11	0,11	0,12
Лигносульфонаты	0,02	0,02	0,01	0,02
Вода	6,76	6,87	6,88	6,83

Таблица 2.
Показатели тяжелого бетона	Предлагаемый состав
1	2	3	4
Средняя плотность, кг/м3	3140	3120	3140	3087
Осадка конуса, см	18	20	18	24
Сохранение подвижности, ч	1,5	1,5	1,5	1,5
Предел прочности при сжатии через 3 сут, МПа	26,8	-	24,1	34,0
Предел прочности при сжатии через 7 сут, МПа	37,7	-	30,6	46,0
Предел прочности при сжатии через 28 сут, МПа	-	46,3	-	54,6