RU2494061C1 - Fine-grained concrete mixture and preparation method thereof - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to production of construction materials, particularly a fine-grained concrete mixture and a preparation method thereof, and can be used to make concrete structures, both monolithic and assembled, that used in the industry of construction materials and construction. In the method of preparing a fine-grained concrete mixture, which involves pre-modification of the surface of an aggregate, followed by mixing said aggregate with cement and water, the modifier used is alkyldimethylbenzylammonium chloride in amount of 0.1% of the mass of cement, and the aggregate used in ratio of 1:1 is a mixture of quartz sand with fineness modulus of 1.9 and screenings from grinding rocks from the Argun deposit with grain size of 5-10 mm, with the following ratio of components, wt %: cement - 19-25, aggregate - 68-75, water 6-7. The disclosed fine-grained concrete mixture is prepared using said method.

EFFECT: obtaining a fine-grained concrete mixture with improved physical-mechanical and operational properties based on an aggregate made from local material.

1 tbl, 2 cl

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к мелкозернистым бетонным смесям, и может быть использовано для изготовления бетонных конструкций как монолитных, так и сборных, используемых в промышленности строительных материалов и в строительстве.The invention relates to the production of building materials, in particular to fine-grained concrete mixtures, and can be used for the manufacture of concrete structures, both monolithic and prefabricated, used in the building materials industry and in construction.

Известна и наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению мелкозернистая бетонная смесь, включающая цемент, песок, воду и комплексную добавку (Магдеев А.У. «Вибропрессованные элементы мощения с повышенными эксплуатационными свойствами из мелкозернистого бетона», диссертация кандидата технических наук: 05.23.05. - Москва, 2003).Known and closest in technical essence to the claimed invention, a fine-grained concrete mixture comprising cement, sand, water and a complex additive (Magdeev A.U. “Vibropressed paving elements with enhanced performance properties from fine-grained concrete”, the dissertation of the candidate of technical sciences: 05.23.05 . - Moscow, 2003).

Недостатком этого технического решения является использование дефицитных средних и крупных песков, а также применение дорогостоящих щебня фракций 5-10 мм и химических добавок.The disadvantage of this technical solution is the use of scarce medium and large sands, as well as the use of expensive gravel fractions of 5-10 mm and chemical additives.

Известен способ приготовления растворных смесей, включающий предварительное модифицирование кварцевого песка растворами N-цетилпиридиний хлорида (Гладких Ю.П. Ядыкина В.В. Завражина В.И. Влияние модифицированного ЦПХ кварцевого песка на формирование структуры цементно-песчаного бетона//Проблемы материаловедения и совершенствование технологии производства строительных изделий. Белгород: БТИСМ, 1990, с.109).A known method of preparing mortar mixtures, including the preliminary modification of quartz sand with solutions of N-cetylpyridinium chloride (Gladkikh Yu.P. Yadykina V.V. Zavrazhina V.I. Influence of the modified CPC of quartz sand on the formation of cement-sand concrete structure // Materials Science and Improvement technology for the production of building products. Belgorod: BTISM, 1990, p.109).

Недостатки этого технического решения - дефицит и высокая стоимость модификатора, недостаточное повышение прочности изделий.The disadvantages of this technical solution are the shortage and high cost of the modifier, insufficient increase in the strength of the products.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ приготовления растворных смесей, включающий предварительную обработку мелкого кварцевого заполнителя водным раствором хлоридов алкилбензилдиметиламмония (АБДМ) и последующее перемешивание с цементом до получения однородной растворной смеси (Гладких Ю. П. Ядыкина В.В. Завражина В.И. Гидрофобизации кварцевого песка катионактивными веществами и ее влияние на прочность мелкозернистого бетона//ЖПХ, 1985, №6, с.1313-1317).Closest to the claimed invention is a method of preparing mortar mixtures, comprising pretreating a fine quartz filler with an aqueous solution of alkylbenzyldimethylammonium chlorides (ABDM) and subsequent mixing with cement to obtain a homogeneous mortar mixture (Gladkikh Yu. P. Yadykina V.V. Zavrazhina V.I. Hydrophobization of quartz sand with cationic substances and its effect on the strength of fine-grained concrete // ZhPKh, 1985, No. 6, p.1313-1317).

Недостатком является использование дефицитного сырья и дорогой добавки, а также невысокие показатели прочности изделий.The disadvantage is the use of scarce raw materials and expensive additives, as well as low rates of product strength.

Техническим результатом является получение мелкозернистой бетонной смеси на основе заполнителя из местного сырья с повышенными показателями прочности (на сжатие, изгиб и растяжение), модуля упругости, водопоглощения, морозостойкости и истираемости.The technical result is to obtain a fine-grained concrete mixture based on aggregate from local raw materials with increased strength indicators (compression, bending and tension), modulus of elasticity, water absorption, frost resistance and abrasion.

Технический результат достигается за счет способа приготовления мелкозернистой бетонной смеси, включающего предварительную модификацию поверхности заполнителя катионактивной добавкой алкилдиметилбензиламмония хлоридом в количестве 0,1% от массы цемента, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved due to the method of preparing a fine-grained concrete mixture, including preliminary modification of the surface of the aggregate with a cationic additive of alkyldimethylbenzylammonium chloride in an amount of 0.1% by weight of cement, in the following ratio, wt.%:

ЦементCement 19-2519-25 ЗаполнительAggregate 68-7568-75 ВодаWater 6-76-7

Для приготовления бетонной смеси используют портландцемент ЦВМ 1 42,5Н, соответствующий требованиям ГОСТ 10178-85 (также могут быть использованы различные виды портландцементов с АМД). В качестве заполнителя используют кварцевые пески Червленского месторождения с модулем крупности 1,9 и отсев от дробления горных пород Аргунского месторождения фракции 5-10 мм. Модификатор заполнителей катионактивная добавка алкилдиметилбензиламмония хлорид (АДМАХ), представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с молярной массой µ_ср=346-376, ТУ 2482-008-04706205-2004.To prepare the concrete mixture, Portland cement CVM 1 42.5N is used, which meets the requirements of GOST 10178-85 (various types of Portland cement with AMD can also be used). As a filler, quartz sands of the Chervlenskoye deposit with a particle size of 1.9 and screening from crushing rocks of the Argunskoye deposit of a fraction of 5-10 mm are used. Aggregate modifier cationic additive alkyldimethylbenzylammonium chloride (ADMAH), is a colorless transparent liquid with a molar mass µ _cp = 346-376, TU 2482-008-04706205-2004.

Способ приготовления бетонной смеси включает следующие операции. В лабораторных условиях смешанный заполнитель (песок/отсев дробления=1/1) естественной влажности в лабораторной бетономешалке перемешивали в течение 10 мин с АДМАХ в количестве 0,1% от массы цемента. Далее добавляли необходимое количество цемента и воду, затем полученную смесь перемешивали еще в течение 2 мин. Для проведения экспериментов в специально сконструированной пресс-форме (высота и диаметр 7 см) изготавливались серии образцов-цилиндров, которые прессовались при удельном давлении 30 МПа. До испытания образцы-цилиндры выдерживали 28 сут во влажной среде при температуре 18-20°C.A method of preparing a concrete mixture includes the following operations. Under laboratory conditions, a mixed aggregate (sand / crushing screening = 1/1) of natural moisture in a laboratory concrete mixer was mixed for 10 min with ADMAC in the amount of 0.1% by weight of cement. Next, the required amount of cement and water were added, then the resulting mixture was stirred for another 2 minutes. To conduct experiments in a specially designed mold (height and diameter of 7 cm), a series of cylinder samples were manufactured, which were pressed at a specific pressure of 30 MPa. Before the test, the cylinder samples were kept for 28 days in a humid environment at a temperature of 18–20 ° C.

Исследованиями влияния модифицированной катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя на процессы структурообразования и свойства мелкозернистого бетона установлено, что при обработке заполнителя катионактивной добавкой происходит избирательно-ориентированная адсорбция его макромолекул, полярная концевая группа молекул заряжена положительно, и поэтому в нейтральном или щелочном растворе она притягивается отрицательно заряженной поверхностью кремнезема, и одновременно гидрофобные углеводородные цепи молекул стремятся освободиться от воды и присоединиться друг к другу, формируя в растворе адсорбционный монослой, в результате этого поверхность становится гидрофобной. Такой характер адсорбции способствует более полному смачиванию, а, следовательно, лучшему прониканию цементной композиции в микрорельеф заполнителя, тем самым создают благоприятные условия для получения прочного адгезионного контакта. Установлено, что использование модифицированного АДМАХ заполнителя улучшает уплотняемость формовочных смесей, изменяет характер открытой пористости и повышает прочностные характеристики бетона.Studies of the effect of the modified cationic additive ADMAX aggregate on the structure formation processes and the properties of fine-grained concrete showed that when the aggregate is treated with a cationic additive, selectively oriented adsorption of its macromolecules occurs, the polar end group of molecules is positively charged, and therefore it is attracted to a negatively charged silica surface in a neutral or alkaline solution , and at the same time the hydrophobic hydrocarbon chains of the molecules tend to free I of water and join to each other to form a monolayer adsorption in solution, as a result, the surface becomes hydrophobic. This type of adsorption promotes more complete wetting, and, consequently, better penetration of the cement composition into the microrelief of the aggregate, thereby creating favorable conditions for obtaining a strong adhesive contact. It has been established that the use of modified ADMAX aggregate improves the compaction of molding sand, changes the nature of open porosity and increases the strength characteristics of concrete.

Результаты исследования физико-механических и эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов с использованием модифицированного катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя представлены в таблице.The results of the study of the physicomechanical and operational properties of fine-grained concrete using a modified cationic additive ADMAX aggregate are presented in the table.

Таким образом, предложенные эффективные составы с использованием заполнителя, обработанного катионактивной добавкой АДМАХ позволяют повысить кубиковую прочность на сжатие и призменную прочность примерно на 70%. Величина статического и динамического модуля упругости увеличилась, но не значительно. Испытания на морозостойкость показали марку F400 и выше при испытании образцов с использованием модифицированного АДМАХ заполнителем, у образцов прессованных, но без модификаторов F200. Таким образом, для создания бетона, наиболее стойкого при переменном замораживании и оттаивании, необходимо использовать методы создания направленных структур бетона, в частности применение поверхностно-активных веществ. Эти добавки, используемые для обработки заполнителя, адсорбируются на зернах заполнителя и гидратных соединений. Добавка АДМАХ химически взаимодействует с гидратом окиси кальция цементного теста. В результате реакции образуется соответствующая кальциевая соль и выделяется молекулярный водород, который распределяется в виде мелких пузырьков в твердеющем цементном камне.Thus, the proposed effective compositions using aggregate treated with a cationic additive ADMAX can increase the cubic compressive strength and prismatic strength by about 70%. The value of the static and dynamic modulus of elasticity increased, but not significantly. Tests for frost resistance showed the brand F400 and higher when testing samples using a modified ADMAX aggregate, in samples pressed, but without F200 modifiers. Thus, to create concrete that is most resistant to variable freezing and thawing, it is necessary to use methods for creating directed concrete structures, in particular the use of surfactants. These additives used to process the aggregate are adsorbed on the aggregate grains and hydrated compounds. ADMAX additive chemically interacts with calcium oxide hydrate cement paste. As a result of the reaction, the corresponding calcium salt is formed and molecular hydrogen is released, which is distributed in the form of small bubbles in the hardening cement stone.

Использование модифицированного заполнителя, обработанного АДМАХ, снижает открытую пористость бетонов, что также приводит к уменьшению водопоглощения и повышению водостойкости бетонов. Определение фактической водонепроницаемости прессованных бетонов показало, что исследуемые составы бетонов выдерживают давление 0,8-2,0 МПа. Использование модифицированного заполнителя и снижение начального водосодержания сказалось на водонепроницаемости композита. Если у прессованных бетонов без модификаторов водонепроницаемость 0,8-1,2 МПа, то водонепроницаемость прессованных бетонов с использованием обработанного заполнителя АДМАХ составила 1,4-2,0 МПа.The use of modified aggregate treated with ADMAC reduces the open porosity of concrete, which also leads to a decrease in water absorption and increase the water resistance of concrete. Determination of the actual water tightness of pressed concrete showed that the studied concrete compositions withstand a pressure of 0.8-2.0 MPa. The use of modified aggregate and a decrease in initial water content affected the water resistance of the composite. If pressed concrete without modifiers has a water resistance of 0.8-1.2 MPa, then the water resistance of pressed concrete using treated ADMAX aggregate is 1.4-2.0 MPa.

Такое влияние модифицированного заполнителя на водонепроницаемость бетона обусловлено тем, что увеличивается сцепление цементного камня с заполнителем, который в свою очередь вступает в реакцию с клинкерными минералами, образуя низкоосновные гидросиликаты кальция, что приводит к снижению проницаемости бетонов. Таким образом, исследуемые прессованные мелкозернистые бетоны имеют достаточно высокую водонепроницаемость.This effect of the modified aggregate on the water resistance of concrete is due to the fact that the adhesion of cement stone to the aggregate increases, which in turn reacts with clinker minerals, forming low-basic calcium hydrosilicates, which reduces the permeability of concrete. Thus, the studied pressed fine-grained concrete has a sufficiently high water resistance.

Анализ представленных результатов показывает то, что истираемость прессованных бетонов с применением модифицированных заполнителей значительно ниже требуемой для дорожных покрытий с интенсивным движением (до 0,5 г/см). Применение заполнителя, обработанного катионактивной добавкой, снизило истираемость бетона с 0,46 до 0,33 г/см².An analysis of the presented results shows that the abrasion of pressed concrete using modified aggregates is significantly lower than that required for road surfaces with heavy traffic (up to 0.5 g / cm). The use of aggregate treated with a cationic additive reduced the attrition of concrete from 0.46 to 0.33 g / cm ² .

Таким образом, использование модифицированного катионактивной добавкой алкилдиметилбензиламмония хлоридом заполнителя в приготовлении мелкозернистых бетонных смесей, положительно влияет на процессы структурообразования, повышает их физико-механические и эксплуатационные свойства.Thus, the use of a filler modified with a cationic additive of alkyldimethylbenzylammonium chloride in the preparation of fine-grained concrete mixtures positively affects the structure formation processes and increases their physicomechanical and operational properties.

Claims (2)

1. Способ приготовления мелкозернистой бетонной смеси, включающий предварительное модифицирование поверхности заполнителя, с последующим смешением указанного заполнителя с цементом и водой, отличающийся тем, что в качестве модификатора использован алкилдиметилбензиламмония хлорид в количестве 0,1% от массы цемента, а в качестве заполнителя в соотношении 1:1 использована смесь кварцевого песка с модулем крупности 1,9 и отсева дробления горных пород Аргунского месторождения фракции 5-10 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 19-25 Заполнитель 68-75 Вода 6-7 1. A method of preparing a fine-grained concrete mixture, including preliminary modification of the surface of the aggregate, followed by mixing said aggregate with cement and water, characterized in that 0.1% by weight of cement is used as a modifier of alkyl dimethylbenzylammonium chloride and as a filler in the ratio 1: 1, a mixture of quartz sand with a particle size of 1.9 and screening crushing of rocks of the Argun deposit of a fraction of 5-10 mm was used in the following ratio of components, wt.%:
Cement 19-25 Aggregate 68-75 Water 6-7 2. Мелкозернистая бетонная смесь, полученная способом по п.1. 2. Fine-grained concrete mixture obtained by the method according to claim 1.