Как сделать реакционно порошковый бетон. Способ приготовления самоуплотняющейся особовысокопрочной реакционно-порошковой фибробетонной смеси с очень высокими свойствами текучести и способ изготовления бетонных изделий из полученной смеси Сухие реакционно-

Ученые не перестают удивлять разработками революционных технологий. Смесь с улучшенными свойствами была получена не так давно – в начале 90-х годов 20-го века. В России ее использование при возведении зданий встречается не так часто, основное применение – изготовление наливных полов и декоративных изделий: столешниц, ажурных арок и перегородок.

Определить преимущества более качественного материала РПБ позволит рассмотрение параметров:

• Состав.
• Свойства.
• Сфера использования.
• Экономическое обоснование выгоды.

Состав

Бетон – стройматерил, формованный из уплотненной смеси различного состава:

1. Основа – вяжущее, «склеивающее» заполнитель вещество. Свойство надежно, в единое целое объединять компоненты обеспечивает главные требования сферы применения. Виды вяжущего:

• Цемент.
• Гипс.
• Известь.
• Полимеры.
• Битум.

2. Заполнитель – составляющая, которая определяет плотность, вес, прочность. Виды и размер зерна:

• Песок – до 5 мм.
• Керамзит – до 40.
• Шлак – до 15.
• Щебень – до 40.

3. Добавки – модификаторы, улучшающие свойства, изменяющие процессы схватывания получаемой смеси. Виды:

• Пластифицирующие.
• Армирующие.
• Поризующие.
• Регулирующие морозостойкость и/или скорость схватывания.

4. Вода – компонент, вступающий в реакцию с вяжущим (не используется в битумных бетонах). Процентное соотношение жидкости к массе основы определяет пластичность и время схватывания, морозостойкость и прочность изделия.

Применение различных сочетаний основы, заполнителя, добавок, их соотношения, пропорций позволяет получать бетоны с разнообразными характеристиками.

Отличие РПБ от других видов материалов – мелкая фракция заполнителя. Снижение процентного содержания цемента, его замена каменной мукой, микрокремнеземом позволило создать смеси с высокой текучестью, самоуплотняющиеся составы.

Сверхпрочные РПБ получают смешиванием воды (7-11 %) и реакционно-активного порошка. Пропорции (%):

• Портландцемент марки М500 серый или белый – 30~34.
• Микрокварц или каменная мука – 12-17 %.
• Микрокремнезем – 3.2~6.8.
• Тонкозернистый кварцевый песок (фракция 0.1~0.63 мм).
• Суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира – 0,2~0,5.
• Ускоритель набора прочности – 0.2.

Технология получения:

• Компоненты подготавливают в соответствии с процентным содержанием.
• В смеситель подают воду и пластификатор. Начинается процесс перемешивания.
• Добавляют цемент, каменную муку, микрокремнезем.
• Для придания цвета допускается добавка красителей (железоокисные).
• Перемешивание 3 минуты.
• Дополняют песком и (для армированных бетонов).
• Процесс смешивания 2-3 минуты. В этом промежутке времени вводят ускоритель схватывания в процентном соотношении 0,2 от общей массы.
• Поверхность формы смачивают водой.
• Заливают смесь.
• Сбрызгивают водой поверхность раствора, распределившегося в форме.
• Накрывают литьевую емкость.

На все операции потребуется до 15 минут.

Свойства реакционно-порошковых бетонов

Положительные качества:

1. Применение микрокремнезема и каменной муки привело к снижению пропорции содержания цемента и дорогих суперпластификаторов в РПБ, что обусловило падение стоимости.

2. Получен состав самоуплотняющегося порошкового сверхпрочного бетона с высокой степенью текучести:

• Не обязательно применение вибростола.
• Лицевая поверхность получаемых изделий практически не требует механической доработки
• Возможность изготовления элементов с различной текстурой и шероховатостью поверхности.

3. Армирование стальной, целлюлозной фиброй, использование ажурно-тканевых каркасов повышает марку до М2000, прочность на сжатие – до 200 МПа.

4. Высокая устойчивость к карбонатной и сульфатной коррозии.

5. Применение порошковой реакционной смеси помогает создать сверхпрочные (˃40-50 Мпа), легкие конструкции (плотность 1400~1650 кг/м3). Снижение массы уменьшает нагрузку на фундамент сооружений. Прочность позволяет выполнять несущие элементы каркаса здания меньшей толщины – сокращается расход.

Характеристики

Инженеры на этапе проектирования проводят расчеты и составляют ряд рекомендаций и требований к строительным материалам и параметрам. Основные показатели:

1. Марка бетона – число после буквы «М» (М100) в маркировке, указывает диапазон статической нагрузки на сжатие (кг/см2) после превышения которой наступает разрушение.
2. Прочность: на сжатие – фиксированная опытным путем величина давления пресса на образец до его деформации, единица измерения: МПа. На изгиб – давление пресса на центр образца, установленного на две опоры.
3. Плотность – масса изделия объемом 1 кубический метр, единица измерения: кг/м3.
4. Морозостойкость – количество циклов замораживания и обратного процесса с разрушением образца менее 5 %.
5. Коэффициент усадки – процентное уменьшение объема, линейных размеров конструкции по готовности.
6. Водопоглощение – отношение массы или объем впитываемой образцом воды при погружении в сосуд с жидкостью. Характеризует открытую пористость бетона.

Сфера применения

Новая технология на основе реакционно-порошковой смеси позволяет создавать бетоны с улучшенными характеристиками и широкой областью использования:

• 1. Наливные полы с высоким сопротивлением истиранию при минимальной толщине наносимого слоя.
• 2. Изготовление бордюрного камня с длительным сроком эксплуатации.
• 3. Различные в нужной пропорции добавки способны значительно снижать процесс водопоглощения, что позволяет применять материал при возведении морских нефтяных платформ.
• 4. В гражданском и промышленном строительстве.
• 5. Возведение мостов и тоннелей.
• 6. Для столешниц с высокой прочностью, поверхностью различной структуры и шероховатостью.
• 7. Декоративные панели.
• 8. Создание перегородок, художественных изделий из прозрачного бетона. При постепенной заливке в форму укладывают светочувствительные волокна.
• 9. Изготовление архитектурных тонкостенных деталей с помощью тканевого армирования.
• 10. Использование для прочных клеевых составов и ремонтных смесей.
• 11. Теплоизоляционный раствор с применением стеклосфер.
• 12. Высокопрочный бетон на гранитном щебне.
• 13. Барельефы, памятники.
• 14. Цветные бетоны.

Стоимость

Высокая цена вводит в заблуждение застройщиков относительно целесообразности использования. Снижение транспортных расходов, увеличение срока эксплуатации сооружений и наливных полов, другие позитивные свойства материала окупают финансовые вложения. Найти и купить РПБ довольно сложно. Проблема связана с пониженным спросом.

Цены, по которым можно приобрести РПБ в России:

К сожалению, сложно привести примеры объектов гражданского или промышленного назначения, возведенные на территории России с применением РПБ. Основное использование порошковых бетонов получило при изготовлении искусственного камня, столешниц, а также в качестве наливных полов и ремонтных составов.

15.08.2018 10:17

Строительные материалы представлены не только распространенными и хорошо известными решениями, существует особая категория бетонных изделий: витиеватые столбы и решетки, ажурные ограждения и высокохудожественная облицовка, малые архитектурные формы и фасады зданий. Сложно себе представить, что все перечисленное изготавливается из самоуплотняющихся реакционных порошковых бетонов. На нем и хотелось бы остановиться подробнее.

Самостоятельно подготовить самоуплотняющуюся реакционно-порошковую фибробетонную смесь достаточно просто. Основная идея заключается в последовательном введении компонентов до момента получения состава с требуемой текучестью.

Изготовление самоуплотняющейся реакционно-порошковой смеси

1. В первую очередь необходим подготовить смеситель, а затем добавить в него последовательно чистую и гиперпластификатор.
2. Затем вводят цементный порошок, каменную муку, микрокремнезем. Компоненты тщательно перемешивают до 3 минут.
3. На следующем этапе добавляют фибру и песок. Они перемешиваются на протяжении последующих 3-х минут.

Рассматриваемое изобретение получило широкое распространение в промышленном строительстве. Материал использовался для производства качественных бетонных изделий:

• тонкая тротуарная плитка;
• столбы;
• высокохудожественные решетки и ограждения;
• малые архитектурные формы;
• декоративные решения.

Затем вводят порядка 50% воды затвердения, а состав тщательно перемешивается. После этого вводятся остатки воды и компоненты окончательно смешиваются до момента получения однородной консистенции. Перечисленные шаги выполняются в течение 1 минуты. Готовый состав выдерживают в условиях высокой влажности (около 100%), при температуре в 20 градусов.

Недостатки самоуплотняющихся реакционно-порошковых цементов

Главный минут рассмотренного выше способа - дороговизна и техническая сложность одновременного измельчения суперпластификаторов и вяжущих компонентов. Не стоит забывать о том, что данный способ не позволяет создавать решения с эстетически привлекательными ажурными элементами.

Для самостоятельного приготовления самоуплотняющегося бетона необходимо придерживаться следующих пропорций:

• от 50 до 200 ч песков на основе кальцинированных бокситов (размер фракций может варьироваться от 1 до 10 мм);
• 100 ч цемента;
• от 5 до 25 ч белой сажи или измельченного карбоната кальция;
• от 10 до 30 ч воды;
• от 15 до 20 ч волокон;
• от 1 до 10 ч пластификатора;
• 1-10 ч противопенного вещества.

Главный недостаток рассматриваемого бетона - применение песков на основе кальцинированных бокситов, стоимость которых очень высокая. В большинстве случаев они используются для производства алюминия. В 90% случаев изготавливается избыточное количество цементной смеси, что чревато перерасходом дорогостоящих ингредиентов.

Вопрос стоимость самоуплотняющихся реакционно-порошковых фибробетонов

Многие застройщики скептически относятся к самоуплотняющимся реакционно-порошковым фибробетонам, ввиду их высокой стоимости. Но финансовые вложения окупаются, если обратить внимание на другие позитивные черты и характеристики материала: увеличенный срок эксплуатации готовых изделий, снижение расходов на транспортировку. Приобрести РПБ на отечественном рынке стройматериалов крайне проблематично, ввиду номинального спроса.
На территории Российской Федерации объекты, возведенные с применением РПБ-технологии остаются малоизученными, ввиду засекреченности. В промышленном и гражданском строительстве они используются крайне редко. Порошковые бетоны применяются при изготовлении прочных столешниц, искусственного камня, а также наливных полов.

Это выдвинутая концепция предельного концентрирования цементных систем тонкодисперсными порошками из пород осадочного, магматического и метаморфического происхождения, селективных по уровням высокого водоредуцирования к СП. Наиболее важные результаты, полученные в этих работах, состоят в возможности 5-15 кратного снижения расхода воды в дисперсиях при сохранении гравитационной растекаемости. Было показано, что совмещением реологически активных порошков с цементом можно усилить действие СП и получать высокоплотные отливки.

Именно эти принципы реализованы в реакционно-порошковых бетонах с повышением плотности и прочности их (Reaktionspulver beton - RPB или Reactive Powder Concrete - RPC [см. Долгополов Н. Н., Суханов М. А., Ефимов С. Н. Новый тип цемента: структура цементного камня. // Строительные материалы. - 1994. - № 115]). Другим результатом является повышение редуцирующего действия СП с возрастанием дисперсности порошков [см. Калашников В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов: Диссертация в форме научного доклада на соискание степени докт. техн. наук. - Воронеж, 1996].

Это также используется в порошковых тонкозернистых бетонах путем увеличения доли тонкодисперсных составляющих за счет добавления к цементу микрокремнезема. Новым в теории и практике порошковых бетонов явилось использование мелкого песка фракции 0,1-0,5 мм, что сделало бетон тонкозернистым в отличие от обычного песчаного на песке фракции 0-5 мм. Проведенный нами расчет средней удельной поверхности дисперсной части порошкового бетона (состав: цемента - 700 кг; тонкого песка фр. 0,125-0,63 мм - 950 кг, базальтовой муки Sуд = 380 м 2 /кг - 350 кг, микрокремнезема Svд =3200 м 2 /кг - 140кг) при ее содержании 49 % от общей смеси с тонкозернистых песком фракции 0,125-0,5 мм показывает, что при дисперсности МК Sмк=3000м 2 /кг средняя поверхность порошковой части составляет Svд=1060м 2 /кг, а при Sмк=2000 м 2 /кг - Svд= 785 м 2 /кг. Именно на таких тонкодисперсных составляющих изготавливаются тонкозернистые реакционно-порошковые бетоны, в которых объемная концентрация твердой фазы без песка достигает 58-64 %, а вместе с песком - 76-77 % и мало уступает концентрации твердой фазы в суперпластифицированных тяжелых бетонах (Cv=0,80-0,85). Однако в щебеночных бетонах объемная концентрация твердой фазы за вычетом щебня и песка значительно ниже, что определяет высокую плотность дисперсной матрицы.

Высокая прочность обеспечивается наличием не только микрокремнезема или дегидратированного каолина, но и реакционно-активного порошка из молотой горной породы. По литературным данным, преимущественно вводится летучая зола, бальтовая, известняковая или кварцевая мука. Широкие возможности в производстве реакционно-активных порошковых бетонов открывались в СССР и России в связи с разработкой и исследованием композиционных вяжущих низкой водопотребности Баженовым Ю. М., Бабаевым Ш. Т., КомаромА. А., Батраковым В. Г. , Долгополовым Н. Н.. Было доказано, что замена цемента в процессе помола ВНВ карбонатной, гранитной, кварцевой мукой до 50 % существенно повышает водоредуцирующий эффект. В/Т-отношение, обеспечивающее гравитационную растекаемость щебеночных бетонов по сравнению с обычным введением СП снижается до 13-15 %, прочность бетона на таком ВНВ-50 достигает 90-100 МПа. По существу, на основе ВНВ, микрокремнезема, мелкого песка и дисперсной арматуры можно получить современные порошковые бетоны.

Дисперсно-армированные порошковые бетоны очень эффективны не только для несущих конструкций с комбинированным армированием предварительно-напряженной арматурой, но и для производства очень тонкостенных, в том числе пространственных архитектурных деталей.

По последним данным, возможно текстильное армирование конструкций. Именно развитие текстильно-волоконного производства (тканевых) объемных каркасов из высокопрочных полимерных и щелочестойких нитей в развитых зарубежных странах явилось мотивацией разработки более 10 лет назад во Франции и Канаде реакционно-порошковых бетонов с СП без крупных заполнителей с особо мелким кварцевым заполнителем, наполненных каменными порошками и микрокремнеземом. Бетонные смеси из таких тонкозернистых смесей растекаются под действием собственного веса, заполняя полностью густую сетчатую структуру тканого каркаса и все сопряжения филигранной формы.

«Высокая» реология порошковых бетонных смесей (ПБС) обеспечивает при содержании воды 10-12 % от массы сухих компонентов предел текучести?0 = 5-15 Па, т.е. всего лишь в 5-10 раз выше, чем в масляных красок. При таком?0 для его определения можно использовать миниареометрический метод, разработанный нами в 1995 г. Низкий предел текучести обеспечивается оптимальной толщиной прослойки реологической матрицы. Из рассмотрения топологической структуры ПБС, средняя толщина прослойки Х определяется по формуле:

где - средний диаметр частиц песка; - объемная концентрация.

Для приведенного ниже состава при В/Т = 0,103 толщина прослойки будет 0,056 мм. De Larrard и Sedran установили, что для более мелких песков (d = 0,125-0,4 мм) толщина варьирует от 48 до 88 мкм.

Увеличение прослойки частиц снижает вязкость и предельное напряжение сдвига и увеличивает текучесть. Текучесть может возрастать за счет добавления воды и введения СП. В общем виде влияние воды и СП на изменение вязкости, предельного напряжения сдвига и текучести неоднозначно (рис. 1).