RU2509066C2 - Cement concrete self-decomposing in water - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: cement concrete that self-decomposes in water is made from a mixture containing, wt %: portland cement with limestone 26.0-56.0, high-alumina cement 0.6-2.4, hemihydrate gypsum 3.0-6.0, quartz sand - the balance; hardening water of the mixture with water to solid ratio of 0.1-0.18; a plasticiser can be used.

EFFECT: obtaining self-decomposing concrete with controlled time of full decomposition in water ranging from 2 weeks to 6-9 months.

2 cl, 7 tbl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к области получения строительных материалов и может быть использовано в гидротехническом, промышленно-граданском строительстве, в частности при получении бетонных сооружений, где необходимо контролируемое саморазрушение их в воде (морской и пресной), а именно контролируемое регулирование времени полноценной эксплуатации бетонных изделий и сооружений в вое, т.е. времени, прошедшего от погружения бетонного изделия в воду до обнаружения в нем первых признаков разрушения, например таких бетонных изделий, находящихся в контакте с водой, как понтоны, опоры, волнорезы, сваи, колонны, нефтяные платформы.The invention relates to the field of production of building materials and can be used in hydraulic engineering, industrial and urban construction, in particular upon receipt of concrete structures, where it is necessary to control their self-destruction in water (marine and fresh), namely, controlled time regulation of the full operation of concrete products and structures in howl, i.e. the time elapsed from immersion of a concrete product in water until the first signs of destruction were discovered in it, for example, concrete products in contact with water, such as pontoons, supports, breakwaters, piles, columns, oil platforms.

Такие бетоны должны обладать прочностью не менее 20 МПа, плотностью не менее 2300 кг/м3, иметь время полноценной эксплуатации, в частности на морском дне не менее 15-30 суток, время полного разрушения в воде не более 6-9 месяцев.Such concretes must have a strength of at least 20 MPa, a density of at least 2300 kg / m3, have a full-time operation, in particular, at least 15-30 days on the seabed, a time of complete destruction in water of no more than 6-9 months.

Такие бетоны должны разрушаться на такие составляющие, которые не будут представлять опасность для экологии и окружающей среды, морской флоры и фауны.Such concretes must be destroyed into such components that will not pose a danger to the ecology and the environment, marine flora and fauna.

Из RU 2024714, 15.12.1994, известна саморазрушающаяся конструкция из бетона или искусственного использования составляющих.From RU 2024714, 12/15/1994, a self-destructive structure of concrete or artificial use of components is known.

Эта саморазрушающаяся конструкция снабжена заделанными в ней, регулярно расположенными, с образованием ячеистой структуры и сообщающимися между собой жесткими водонепроницаемыми трубками из синтетического материала для подачи, расширяющейся при твердении жидкости, причем, арматура расположена внутри трубок в расчетных местах и заанкерена в искусственном камне на концах, а трубки снабжены верхним и нижним патрубками для подачи жидкости.This self-destructing design is equipped with embedded in it, regularly located, with the formation of a cellular structure and interconnected by rigid waterproof pipes made of synthetic material for feeding, expanding when the liquid hardens, and the reinforcement is located inside the tubes in the calculated places and anchored in artificial stone at the ends, and the tubes are equipped with upper and lower nozzles for supplying fluid.

Изобретение касается железобетонных конструкций и направлено на вторичное использование ее составляющих, выделение неповрежденной стальной арматуры и выделение не больших по размеру, одинаковых камней для вторичного использования в качестве заполнителя. Наиболее близкой по технической сущности с заявленным изобретением и достигаемому результату является известная цементная (бетонная) композиция с контролируемым саморазрушением, содержащая в качестве гидравлического связующего портландцемент, содержащий аморфный силикат кальция и добавки - сульфат кальция в виде гипса, например, полуводный гипс (в количестве 6-50 мас%) и карбонат кальция (в количестве 10-50 мас%), а также воду затворения для достижения необходимого водотвердого отношения (В/Т) (0,45-0,81) (US 20090007834, 08.01.2009).The invention relates to reinforced concrete structures and is directed to the secondary use of its components, the allocation of intact steel reinforcement and the allocation of not large in size, the same stones for secondary use as a filler. The closest in technical essence to the claimed invention and the achieved result is a known cement (concrete) composition with controlled self-destruction, containing Portland cement as an hydraulic binder, containing amorphous calcium silicate and additives - calcium sulfate in the form of gypsum, for example, semi-aquatic gypsum (in the amount of 6 -50 wt%) and calcium carbonate (in an amount of 10-50 wt%), as well as mixing water to achieve the required water-solid ratio (W / T) (0.45-0.81) (US 20090007834, 01/08/2009).

Согласно этому известному изобретению US 20090007834 для того, чтобы придать портландцементному бетону способность к саморазрушению, в него добавляется заполнитель на основе карбоната кальция (известняковый заполнитель). В условиях, когда на такой бетон действует вода, содержащая $$S{O}_4^{2-}$$

-ионы (морская вода), продукт гидратации портландцемента - C-S-H-гель - будет превращаться в таумасит CaO·SiO₂·CaSO₄·CaCO₃·15H₂O (фиг.1), не обладающий вяжущими свойствами. Таким образом, для образования таумасита необходимы три составляющие:According to this well-known invention, US 20090007834, in order to impart self-destruction to Portland cement concrete, a calcium carbonate-based aggregate (limestone aggregate) is added to it. In conditions when water containing such concrete acts $$S{O}_{\mathrm{four}}^{2-}$$

ions (sea water), the product of Portland cement hydration - CSH-gel - will turn into CaO · SiO ₂ · CaSO ₄ · CaCO ₃ · 15H ₂ O thaumasite (figure 1), which does not have astringent properties. Thus, for the formation of thaumasite, three components are necessary:

1 Силикаты кальция, поступающие из портландского цемента;1 Calcium silicates from Portland cement;

2 Карбонат кальция, поступающий из известкового заполнителя;2 Calcium carbonate coming from lime aggregate;

3 $$S{O}_4^{2-}$$

ионы, проникающие в бетон из морской воды.3 $$S{O}_{\mathrm{four}}^{2-}$$

ions penetrating concrete from seawater.

Для обычного бетона образования таумасита, так и эттрингита (фиг.2)For ordinary concrete, the formation of thaumasite and ettringite (figure 2)

(Штарк Й., Вихт Б. «Цемент и изместь» Киев, 2008, 480 с.) нежелательные процессы, хорошо известные специалистам в области бетона и приводящие к преждевременному разрушению. Однако в данном случае, когда одним из требуемых свойств, предъявляемых к бетону, является его контролируемое разрушение в довольно короткие сроки, образование этих соединений имеет положительное значение.(Stark J., Viht B. “Cement and mortar” Kiev, 2008, 480 p.) Undesirable processes that are well known to specialists in the field of concrete and leading to premature failure. However, in this case, when one of the required properties for concrete is its controlled destruction in a fairly short time, the formation of these compounds is of positive importance.

Недостатком известного изобретения US 20090007834 является то, что на образование таумасита в сильной степени влияет температура среды. Наиболее активно таумасит образуется при температуре порядка 4-5 град Цельсия и практически не образуется при температуре выше 25 град [Тейлор, Химия цемента]. Это накладывает ограничение на возможность применения данного известного изобретения.A disadvantage of the known invention US 20090007834 is that the formation of thaumasite is strongly influenced by the temperature of the medium. Thaumasite is most actively formed at a temperature of about 4-5 degrees Celsius and practically does not form at temperatures above 25 degrees [Taylor, Chemistry of cement]. This imposes a limitation on the applicability of this known invention.

Технической задачей заявленного изобретения является получение бетонов с контролируемым саморазрушением их в воде, как в морской, так и в пресной воде, с пониженной чувствительностью к температуре среды, и обладающих хорошими прочностными свойствами, необходимыми для периода полноценной эксплуатации их.The technical task of the claimed invention is to obtain concrete with controlled self-destruction in water, both in sea and in fresh water, with reduced sensitivity to ambient temperature, and having good strength properties necessary for the period of their full operation.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сырьевая смесь (композиция) для получения цементных бетонов с контролируемым и регулируемым саморазрушением их в воде содержит, портландцемент с известняком, цемент высокоглиноземистый, гипс полуводный, песок кварцевый и воду для затворения смеси при следующем соотношении исходных компонентов, в масс%;The stated technical problem is achieved in that the raw mix (composition) for the production of cement concretes with controlled and controlled self-destruction in water contains Portland cement with limestone, high alumina cement, gypsum gypsum, quartz sand and water for mixing the mixture in the following ratio of the starting components, in mass%;

Портландцемент (с известняком)Portland cement (with limestone) - 26,0-56,0 - 26.0-56.0 Цемент высокоглиноземистыйHigh Alumina Cement - 0,6-2,4- 0.6-2.4 Гипс полуводныйGypsum - 3,0-6,0- 3.0-6.0 Песок кварцевыйQuartz sand - остальное- the rest Вода для затворения смесиMixing water   при водотвердом отношенииwith water-solid ratio - В/Т-0,1-0,18- B / T-0.1-0.18

Данная смесь (композиция) дополнительно может содержать пластифицирующую добавку в количестве 0,01-0,75 мас % в расчете на портландцемент. В состав сырьевой смеси (композиции) по изобретению в частности используют следующие материалы.This mixture (composition) may additionally contain a plasticizing additive in an amount of 0.01-0.75 wt%, based on Portland cement. The following materials are used in particular in the composition of the raw material mixture (composition) of the invention.

Портландский цемент с известняком ЦЕМ II/А-И ГОСТ 31108 (производитель Warta, Польша). Фазовый состав, %: алит ~ 52-53; белит ~ 17-18; промежуточная фаза ~ 20-22; гипс ~ 4-5; CaCO₃ ~ 3-4; СаО и Ca(ОН)₂ ~ 1-2.Portland cement with lime CEM II / AI GOST 31108 (manufacturer Warta, Poland). Phase composition,%: alite ~ 52-53; whitens ~ 17-18; intermediate phase ~ 20-22; gypsum ~ 4-5; CaCO ₃ ~ 3-4; CaO and Ca (OH) ₂ ~ 1-2.

Гипс полуводный, CaSO₄·0,5H₂O (строительный гипс)Semi-aquatic gypsum, CaSO ₄ · 0.5H ₂ O (building gypsum)

Цемент высокоглиноземистый Secar 71 (70% Al₂O₃, 30% CaO) (Lafarge, США)High alumina cement Secar 71 (70% Al ₂ O ₃ , 30% CaO) (Lafarge, USA)

Песок кварцевый с модулем крупности М_кр=2.3 (размер зерен менее 2.5 мм), например строительный.Quartz sand with a particle size modulus M _cr = 2.3 (grain size less than 2.5 mm), for example, building sand.

Для приготовления бетонной смеси использовалась очищенная водопроводная вода.To prepare the concrete mixture, purified tap water was used.

Для проведения испытаний образцов саморазрушающегося бетона использовалась морская вода (Средиземное море, побережье Антальи, Турция).For testing samples of self-destructive concrete, sea water was used (Mediterranean Sea, Antalya coast, Turkey).

В качестве пластифицирующей добавки сырьевая смесь содержит, в частности суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфакислоты с формальдегидом С-3/ТУ 6-14-625-80/ или натриевая соль продукта конденсации отходов производства фенола с формальдегидом ФОК/ТУ 7506804-71-88/., или Melflux 2651на основе поликарбоксилатов.As a plasticizing additive, the feed mixture contains, in particular, C-3 superplasticizer based on the sodium salt of the condensation product of naphthalenesulfonic acid with formaldehyde C-3 / TU 6-14-625-80 / or the sodium salt of the product of the condensation of waste products of phenol with formaldehyde FOK / TU 7506804 -71-88 /., Or Melflux 2651 based on polycarboxylates.

Примеры составов по изобретению представлены в таблицах 1 и 5, а в таблицах 2-4, 6-7 представлены основные свойства полученной композиции (сырьевой смеси для цементного бетона) и саморазрушающегося цементного бетона, иллюстрирующие заявленное изобретение, но не ограничивающее его.Examples of compositions according to the invention are presented in tables 1 and 5, and tables 2-4, 6-7 show the main properties of the resulting composition (raw mix for cement concrete) and self-destructive cement concrete, illustrating the claimed invention, but not limiting it.

Твердые компоненты тщательно перемешали в соотношениях, указанных в таблице 1. Полученные смеси затворили водой при водотвердом отношении (В/Т) 0,18. Водотвердое отношение устанавливалось экспериментальным путем, исходя из необходимости получить пластичную, удобоукладываемую смесь.The solid components were thoroughly mixed in the ratios shown in table 1. The resulting mixture was sealed with water at a water-solid ratio (W / T) of 0.18. The water-solid ratio was established experimentally, based on the need to obtain a plastic, workable mixture.

Механизм саморазрушения полученного бетона при этом заключается в возникновении в теле бетона значительных внутренних напряжений из-за образования трехкальциевого гидросульфоалюмината (эттрингита).The self-destruction mechanism of the obtained concrete in this case consists in the appearance of significant internal stresses in the concrete body due to the formation of tricalcium hydrosulfoaluminate (ettringite).

Варьируя соотношение между тремя компонентами портландцементом, высокоглиноземистым цементом и полуводным гипсом, можно регулировать время полноценной эксплуатации бетонного изделия в воде до обнаружения в нем первых признаков разрушения.By varying the ratio between the three components of Portland cement, high-alumina cement and semi-aquatic gypsum, it is possible to regulate the time of full operation of a concrete product in water until the first signs of destruction are detected in it.

В схеме указаны те компоненты, которые участвуют непосредственно в образовании эттрингита. Фаза 3СаО·Al₂O₃ содержится в портландцементе, CaSO₄·2H₂O - это собственно гипс. Высокоглиноземистый цемент содержит фазы (алюминаты кальция), которые являются дополнительным источником ионов кальция и алюминат-ионов Al(OH)^4-, которые в свою очередь принимают участие в образовании эттрингита. Образование эттрингита происходит путем растворения исходных фаз, содержащихся в портландском и высокоглиноземистом цементах, а также полуводного гипса, перехода ионов Ca²⁺, SO₄ ^2-, Al(OH)₄ ^- в раствор и кристаллизации при участии воды собственно.The diagram shows those components that are directly involved in the formation of ettringite. The 3CaO · Al ₂ O ₃ phase is contained in Portland cement, CaSO ₄ · 2H ₂ O is gypsum proper. High alumina cement contains phases (calcium aluminates), which are an additional source of calcium ions and Al (OH) ^4- aluminate ions, which in turn take part in the formation of ettringite. Ettringite formation occurs by dissolving the starting phases contained in the Portland and high alumina cement and plaster of paris, the transition ions Ca ^2+, SO ₄ ^2-, Al (OH) ₄ ^- to the solution and crystallization involving water itself.

Таким образом, необходимые для образования эттрингита составляющие содержатся и в портландском цементе, и в полуводном гипсе, и в высокоглиноземистом цементе. Из гипса поступают необходимые для образования эттрингита ионы кальция и сульфат ионы, из высокоглиноземистого цемента - ионы кальция и алюминат-ионы. Следует отметить, что в составе портландского цемента также присутствует некоторое количество гипса (до 5%). Таким образом, из самого портландского цемента поступают ионы кальция, алюминат-ионы и сульфат-ионы; один из продуктов гидратации портландцемента - собственно эттрингит, но его количества недостаточно для того, чтобы вызвать разрушение камня.Thus, the constituents necessary for the formation of ettringite are contained in Portland cement, in semi-aquatic gypsum, and in high-alumina cement. Calcium ions and sulfate ions, necessary for the formation of ettringite, come from gypsum, and calcium ions and aluminate ions come from high-alumina cement. It should be noted that some gypsum is also present in Portland cement (up to 5%). Thus, calcium ions, aluminate ions and sulfate ions come from Portland cement itself; one of the products of Portland cement hydration is ettringite itself, but its quantity is not enough to cause the destruction of the stone.

Более правильная схема образования эттрингита, учитывающая ионный характер реакции, должна иметь вид:A more correct scheme for the formation of ettringite, taking into account the ionic nature of the reaction, should be:

Реакция образования эттрингита происходит с увеличением объема; это вызывает внутренние растягивающие напряжения в сформировавшемся цементно-песчаном камне, опасные для него.The reaction of ettringite formation occurs with an increase in volume; this causes internal tensile stresses in the formed cement-sand stone, which are dangerous for it.

В реакции принимает участие вода, входящая в состав самого бетона, так и поступающая по системе капилляров и пор из окружающей среды. Бетон, погруженный в воду, разрушается значительно быстрее. Разрушение происходит как в поверхностных слоях, так и внутри бетона.The reaction involves water, which is part of the concrete itself, and flows through the system of capillaries and pores from the environment. Concrete immersed in water collapses much faster. Destruction occurs both in the surface layers and inside the concrete.

Материалы, образуемые в результате разрушения бетона:Materials formed as a result of concrete destruction:

1 Кварцевый песок - материал распространенный повсеместно.1 Quartz sand is a ubiquitous material.

2 Компоненты цементного камня: ионы кальция, силикат-ионы, сульфат-ионы, немного алюминат-ионов.2 Components of cement stone: calcium ions, silicate ions, sulfate ions, a little aluminate ions.

Все эти компоненты входят и в состав морской воды. Таким образом, продукты разрушения бетона не повлияют на экологическую обстановку в непосредственной близости от бетонного якоря. Любой бетон, из которого изготавливают мосты, дамбы, набережные и другие гидротехнические сооружения, имеют в своем составе эти компоненты, и посылают их в воду. Любой бетон разрушается быстро или медленно.All these components are also part of sea water. Thus, the products of the destruction of concrete will not affect the environmental situation in the immediate vicinity of the concrete anchor. Any concrete from which bridges, dams, embankments and other hydraulic structures are made, incorporate these components, and send them into the water. Any concrete breaks down quickly or slowly.

Приготовленные растворные смеси заложили в формы-кубы 3×3×3 см и хранили в закрытом виде 1 сут при обычной температуре. Через 1 сут образцы распалубили; по одному образцу от каждой серии испытали на прочность при сжатии. Остальные образцы хранили еще 1 сут на воздухе при обычной температуре, после чего измерили их плотность путем измерения массы и определения геометрических размеров, а также прочность при сжатии. Результаты определения физических свойств образцов представлены в таблице 2.The prepared mortar mixtures were laid in 3 × 3 × 3 cm cubes and stored closed for 1 day at ordinary temperature. After 1 day, the samples were dismantled; one sample from each series was tested for compressive strength. The remaining samples were stored for 1 more day in air at ordinary temperature, after which their density was measured by measuring mass and determining geometric dimensions, as well as compressive strength. The results of determining the physical properties of the samples are presented in table 2.

Оставшиеся образцы поместили в емкости с морской водой таким образом, чтобы вода покрывала целиком образцы. Для каждой серии использовалась индивидуальная емкость с морской водой; хранение образцов осуществлялось при 20°C; в некоторых случаях образцы хранили как при 20°C, так и при 30-34°C. Визуально наблюдали за изменением внешнего вида образцов (появление трещин, разрушение). Результаты наблюдений представлены в таблицах 3 и 4.The remaining samples were placed in containers with sea water so that the water covered the entire samples. For each series, an individual container with sea water was used; samples were stored at 20 ° C; in some cases, samples were stored both at 20 ° C and at 30-34 ° C. Visually observed changes in the appearance of the samples (the appearance of cracks, fracture). The observation results are presented in tables 3 and 4.

В таблице 1 состав 7 является контрольным, в котором отсутствует высокоглиноземистый цемент (ВГЦ) и не вводится дополнительно гипс. В состав образцов 1 и 4 вводится гипс (соответственно 6 и 3%) дополнительно к тому гипсу, который содержится в составе самого портландцемента. В образцах 5, 6 и 8 варьируется содержание ВГЦ при дозировке гипса 3%; в образцах 2,3 и 9 варьируется содержание ВГЦ при еще большей дозировке гипса 6%.In table 1, composition 7 is a control, in which there is no high-alumina cement (VHC) and no gypsum is added. In the composition of samples 1 and 4, gypsum is introduced (6 and 3%, respectively) in addition to the gypsum that is contained in Portland cement itself. In samples 5, 6 and 8, the VHC content varies with a gypsum dosage of 3%; in samples 2,3 and 9, the content of HCV varies with an even higher dosage of gypsum of 6%.

Как видно из таблицы 2, к возрасту 2 сут прочность образцов превышает 20 МПа, достигая 25-30 МПа. Достижение высокой прочности в ранние сроки обусловлено применением высокомарочного быстротвердеющего цемента.As can be seen from table 2, by the age of 2 days, the strength of the samples exceeds 20 MPa, reaching 25-30 MPa. The achievement of high strength in the early stages is due to the use of high-quality quick-hardening cement.

В течение всего периода испытаний, вплоть до настоящего времени, образцы 1, 4 и 7, в состав которых не входил ВГЦ, не приобрели визуально заметных признаков разрушения.Throughout the entire test period, up to the present time, samples 1, 4, and 7, which did not include the VHC, did not acquire visually noticeable signs of destruction.

Образец 8, содержащий минимальные количества ВГЦ и гипса (0,6% ВГЦ и 3% гипса), также показал высокую стойкость в морской воде, как при обычной температуре, так и при температуре 30-34°С; в последнем случае на одной из граней образца наблюдается несколько мелких трещин и отслоение материала у трещин (на соответствующей фотографии это отмечено стрелкой). Увеличение содержания гипса до 6% при содержании ВГЦ 0,6% (образец 9) привело к появлению трещин на поверхности образцов в приемлемые сроки - 20 сут при 30-34°С. Следует отметить, что по внешнему виду образцы, хранившиеся при 20 и 30-34°С в течение 2,5 мес, отличаются мало, хотя можно отметить несколько большее развитие трещин на образце, хранившемся при повышенной температуре. Таким образом в температурном диапазоне 20-34°С изменением скорости разрушения образцов можно пренебречь. Можно предположить, что отмеченные признаки разрушения на поверхности образца 9 в последующий период будут развиваться постепенно, с приемлемой для рассматриваемого применения скоростью. По всей видимости, состав 9 может быть выбран в качестве одного из вариантов состава саморазрушающегося бетона.Sample 8, containing the minimum amounts of HCV and gypsum (0.6% HCV and 3% gypsum), also showed high stability in sea water, both at ordinary temperature and at a temperature of 30-34 ° C; in the latter case, several small cracks and peeling of the material at the cracks are observed on one of the faces of the sample (this is indicated by an arrow in the corresponding photograph). An increase in the gypsum content up to 6% with a VHC content of 0.6% (sample 9) led to the appearance of cracks on the surface of the samples in an acceptable period of 20 days at 30-34 ° С. It should be noted that in appearance the samples stored at 20 and 30-34 ° C for 2.5 months differ little, although a slightly greater development of cracks in the sample stored at elevated temperature can be noted. Thus, in the temperature range of 20-34 ° С, the change in the rate of destruction of the samples can be neglected. It can be assumed that the noted signs of destruction on the surface of sample 9 in the subsequent period will develop gradually, with a speed acceptable for the application in question. Apparently, the composition of 9 can be selected as one of the options for the composition of self-destructive concrete.

Дальнейшее увеличение содержания ВГЦ при высоком содержании гипса (6%) способствует быстрому разрушению образцов в морской воде - в течение 10-27 сут и 4 сут при дозировке ВГЦ соответственно 1,2 и 2,4% (образцы 2 и 3).A further increase in the HCV content with a high gypsum content (6%) contributes to the rapid destruction of samples in sea water - within 10-27 days and 4 days at a dosage of HCV of 1.2 and 2.4%, respectively (samples 2 and 3).

Снижение дозировки гипса до 3% делает процесс разрушения более спокойным: при содержании ВГЦ 2,4% (образец 6) к пятым суткам камень осыпается по ребрам и вершинам, но еще сохраняет форму; тем не менее, такой характер разрушения является слишком быстрым, чтобы данный состав мог быть использован в качестве основы саморазрушающегося бетона. При содержании ВГЦ 1,2% (образец 5) камень даже через 2,5 мес сохраняет целостность; трещины на гранях отсутствуют, потери материала происходят в основном в области вершин и ребер. Такой темп и такой характер разрушения вполне соответствуют поставленной задаче.Reducing the dosage of gypsum to 3% makes the destruction process more relaxed: when the HCV content is 2.4% (sample 6), by the fifth day the stone crumbles along the edges and tops, but still retains its shape; however, this type of destruction is too fast for the composition to be used as the basis for self-destructing concrete. With a VHC content of 1.2% (sample 5), the stone retains its integrity even after 2.5 months; there are no cracks on the faces, material losses occur mainly in the region of vertices and edges. Such a pace and such a character of destruction are fully consistent with the task.

Таким образом, варианты 5 и 9 следует рассматривать как «медленный» и «быстрый» варианты составов саморазрушающегося бетона.Thus, options 5 and 9 should be considered as “slow” and “fast” options for the compositions of self-destructive concrete.

При изготовлении якорей в реальном масштабе возможны некоторые отклонения от того темпа разрушения, который наблюдается в лабораторных испытаниях. Это связано с особенностями конкретных видов сырьевых материалов (цементов), с температурой и составом воды. Поэтому при натурных испытаниях желательно воспроизвести несколько вариантов; помимо 5 и 9 - 2, 3, и 6. Образец 7 (без добавок гипса и ВГЦ) можно было бы также изготовить в качестве контрольного.In the manufacture of anchors in real scale, some deviations from the rate of destruction that is observed in laboratory tests are possible. This is due to the characteristics of specific types of raw materials (cements), with the temperature and composition of the water. Therefore, during field tests, it is desirable to reproduce several options; in addition to 5 and 9 - 2, 3, and 6. Sample 7 (without additives of gypsum and HHC) could also be made as a control.

Предварительно нужно будет проверить, достаточной ли окажется прочность, чтобы бетон мог выдержать удар о дно. Хотя прочность всех образцов в большей или меньшей степени превышает 20 МПа, нужно убедиться, что она будет действительно достаточной. Поэтому сначала следует изготовить и испытать не более двух образцов; но обязательно в возрасте не ранее 2 сут, когда будет достигнута прочность более 20 МПа. Образцы следует периодически извлекать со дна для внешнего осмотра. Осмотр образцов, разрушающихся быстро (2,3 и 6), следует осматривать 1 раз в 2 дня. Образец 5 достаточно осматривать 1 раз в неделю или в 2 недели. Образец 9 достаточно осматривать 1 раз в месяц.First, it will be necessary to check whether the strength is sufficient so that the concrete can withstand a blow to the bottom. Although the strength of all samples to a greater or lesser extent exceeds 20 MPa, you need to make sure that it will be really sufficient. Therefore, no more than two samples should be made and tested first; but it is obligatory at the age not earlier than 2 days when strength of more than 20 MPa is reached. Samples should be periodically removed from the bottom for external inspection. Inspection of samples that collapse rapidly (2,3 and 6) should be inspected once every 2 days. Sample 5 is sufficient to inspect 1 time per week or 2 weeks. Sample 9 is sufficient to inspect 1 time per month.

Экспериментальные исследования были продолжены.Experimental studies were continued.

Для решения повысить прочность и плотность образцов, были подготовлены образцы бетона с прежней дозировкой цемента, но пониженным содержанием воды (составы 5'', 13 и 14); чтобы при этом не ухудшилась удобоукладываемость растворной смеси, в ее состав вводили пластификатор. Пластифицирующая добавка непосредственного участия в реакции не принимает. Ее роль факультативная, т.е. ее следует вводить, если есть необходимость снизить дозировку воды, не ухудшая удобоукладываемости растворной смеси, и таким образом создать более плотную структуру. В данном изобретении был использован суперпластификтор, но можно использовать любые доступные пластификаторы, из дешевых - С-3 (отечественного производства).To decide to increase the strength and density of the samples, concrete samples were prepared with the same cement dosage, but with a reduced water content (compositions 5``, 13 and 14); so that the workability of the mortar mixture does not deteriorate, a plasticizer is introduced into its composition. Plasticizing additive is not directly involved in the reaction. Her role is optional, i.e. it should be administered if there is a need to reduce the dosage of water without compromising the workability of the mortar, and thus create a denser structure. In this invention, a superplasticizer was used, but you can use any available plasticizers, from cheap ones - C-3 (domestic production).

Для решения снизить расход цемента, были подготовлены образцы с пониженным в два раза расходом цемента (10-12, 15, 16); чтобы при этом не потерять в прочности, расход воды также снизили и в состав бетонной смеси ввели пластифицирующую добавку Melflux2651.To decide to reduce cement consumption, samples were prepared with a half-reduced cement consumption (10-12, 15, 16); so as not to lose strength, water consumption was also reduced and the plasticizing additive Melflux2651 was introduced into the concrete mix.

Образцы камня были приготовлены и испытывались по методике, изложенной выше, но вместо морской воды для хранения образцов использовалась очищенная питьевая вода. Результаты испытаний приведены в таблицах 6 и 7.Stone samples were prepared and tested according to the procedure described above, but instead of sea water, purified drinking water was used to store samples. The test results are shown in tables 6 and 7.

В таблице 5 образец 13 - аналог образца 5 (таблица 3), но приготовленный при пониженном В/Т с применением пластификатора. Образец 5'' приготовлен с применением двуводного гипса (CaSO₄·2H₂O). Образец 14 приготовлен без гипса. Образец 17 приготовлен при прежнем В/Т (0,18) без пластификатора и по содержанию гипса занимает промежуточное положение между 2 и 5 образцами (приготовлен с целью ускорить распад камня по сравнению с образцом 5).In table 5, sample 13 is an analogue of sample 5 (table 3), but prepared with reduced B / T using a plasticizer. Sample 5 '' was prepared using _two- water gypsum (CaSO ₄ · 2H ₂ O). Sample 14 was prepared without gypsum. Sample 17 was prepared with the previous B / T (0.18) without a plasticizer and, in terms of gypsum content, occupies an intermediate position between 2 and 5 samples (prepared in order to accelerate the decay of stone compared to sample 5).

В образцах 10-12, 15, 16 при пониженной дозировке цемента варьируется содержание полуводного гипса и ВГЦ. Образцы 10 и 12 по содержанию гипса и ВГЦ соответствуют образцу 5, образец 11 соответствует образцу 9, образец 15 - образцу 2, образец 16 - образцу 6.In samples 10-12, 15, 16, with a reduced dosage of cement, the content of semi-aquatic gypsum and VHC varies. Samples 10 and 12 in terms of gypsum and HHC content correspond to sample 5, sample 11 corresponds to sample 9, sample 15 to sample 2, sample 16 to sample 6.

Как видно из таблицы 6 (образцы 5'', 13, 14), снижение В/Ц при прежнем расходе цемента позволяет повысить плотность образцов до 2.3 г/см³ и прочность до 60-70 МПа в возрасте 2 сут. Однако образцы демонстрируют более высокую стойкость при хранении в воде (таблица 7), чем их аналог - образец 5 (таблица 3). Это связано с тем, что понижение В/Ц способствует созданию более плотной структуры, менее доступной для проникновения воды. Для того, чтобы ускорить их разрушение, возможно, будет необходимо повысить для них дозировку гипса и ВГЦ, что будет видно из дальнейших наблюдений.As can be seen from table 6 (samples 5``, 13, 14), a decrease in W / C at the same cement consumption allows increasing the density of samples to 2.3 g / cm ³ and strength to 60-70 MPa at the age of 2 days. However, the samples demonstrate higher storage stability in water (table 7) than their counterpart, sample 5 (table 3). This is due to the fact that a decrease in W / C contributes to the creation of a denser structure, less accessible for water penetration. In order to accelerate their destruction, it may be necessary to increase the dosage of gypsum and HCV for them, which will be seen from further observations.

Образцы с пониженной дозировкой цемента 10-12, 15, 16 имеют прочность порядка 20-30 МПа, т.е. по прочности они сопоставимы со своими высокоцементными аналогами; однако разрушение этих образцов в воде происходит в основном слишком быстро - значительно быстрее, чем разрушение их аналогов с высоким содержанием цемента. Наиболее устойчивым по отношению к воде является образец 11, аналогом которому является образец 9 (разрушение образца 9 в воде происходит довольно медленно).Samples with a reduced dosage of cement 10-12, 15, 16 have a strength of about 20-30 MPa, i.e. in strength they are comparable to their high-cement counterparts; however, the destruction of these samples in water occurs mainly too quickly - much faster than the destruction of their analogues with a high cement content. The most stable with respect to water is sample 11, the analogue of which is sample 9 (the destruction of sample 9 in water occurs rather slowly).

Таким образом, согласно заявленному изобретению получают цементные бетоны с контролируемым и регулируемым саморазрушением (во времени) и достаточно высокими прочностными свойствами, а также необходимой плотностью, что позволяет обеспечить возможность использования их в период полноценной эксплуатации.Thus, according to the claimed invention, cement concretes with controlled and controlled self-destruction (in time) and sufficiently high strength properties, as well as the necessary density, are obtained, which makes it possible to use them during full operation.

Образование эттрингита не столь чувствительно к температуре среды. Следовательно, в этом случае отпадают ограничения, связанные с температурой воды, а время разрушения зависит только от состава бетона и мало зависит от температуры; кроме того, возможно использование любой воды, а не только морской и регулировать скорость разрушения - от 2-ух недель до 8 месяцев.The formation of ettringite is not so sensitive to ambient temperature. Therefore, in this case, there are no restrictions associated with the temperature of the water, and the destruction time depends only on the composition of concrete and little depends on temperature; in addition, it is possible to use any water, not just sea water, and to regulate the rate of destruction - from 2 weeks to 8 months.

Claims (2)

1. Сырьевая смесь для получения цементных бетонов с контролируемым и регулируемым саморазрушением их в воде, содержащая портландцемент с известняком, высокоглиноземистый цемент, гипс полуводный, песок кварцевый и воду для затворения смеси при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
Портландцемент с известняком 26,0-56,0 Цемент высокоглиноземистый 0,6-2,4 Гипс полуводный 3,0-6,0 Песок кварцевый Остальное Вода Для затворения смеси   при водотвердом отношении   В/Т - 0,1-0,18 1. The raw material mixture for the production of cement concretes with controlled and controlled self-destruction in water, containing Portland cement with limestone, high alumina cement, gypsum gypsum, quartz sand and water for mixing the mixture in the following ratio of initial components, wt.%:
Portland cement with limestone 26.0-56.0 High Alumina Cement 0.6-2.4 Gypsum 3.0-6.0 Quartz sand Rest Water To mix the mixture with water-solid ratio W / T - 0.1-0.18 2. Сырьевая смесь для получения цементных бетонов с контролируемым и регулируемым саморазрушением по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пластифицирующую добавку в количестве 0,01-0,75 мас.% в расчете на портландцемент. 2. The raw material mixture for the production of cement concrete with controlled and controlled self-destruction according to claim 1, characterized in that it further comprises a plasticizing additive in an amount of 0.01-0.75 wt.% Based on Portland cement.

Images