Сверхвысокопрочный бетон с низким содержанием цемента - RU2683295C2

Описание

Настоящее изобретение относится к гидравлическим вяжущим, позволяющим получить сверхвысокопрочный бетон с низким содержанием цемента, и к смесям, содержащим это гидравлическое вяжущее.

Технологический прогресс в последние годы в области бетонов привел к развитию гидравлических вяжущих, позволяющих получить сверхвысокопрочный бетон, в частности, с точки зрения прочности на сжатие. Эти вяжущие обычно содержат дополнительные материалы, отличные от цемента и заполнителя, например, волокна, органические добавки или так называемые ультратонкие частицы.

Однако обычные сверхвысокопрочные бетоны имеют относительно высокое содержание цемента, как правило, от 700 до 1000 кг цемента/м³ бетона.

Производство цемента, в частности производство клинкера все еще является причиной мощных выбросов углекислого газа. Действительно, производство клинкера требует:

а) предварительного нагрева и декарбонатации сырого порошка, полученного путем перемалывания исходных материалов, т.е., в частности, известняка и глины; и

б) сжигания декарбонизированного порошка при температуре около 1450°C с последующим быстрым охлаждением.

На этих двух стадиях выделяется CO₂, сначала в качестве прямого продукта декарбонатации, затем в качестве побочного продукта горения на стадии сжигания для повышения температуры.

Сильные выбросы двуокиси углерода в результате традиционных способов производства цементных композиций и бетона приводят к серьезной экологической проблеме и в современном контексте становятся предметом высоких штрафов на финансовом уровне.

Следовательно, существует сильная потребность в способе, позволяющем получать сверхвысокопрочный бетон с сокращением сопутствующих выбросов углекислого газа.

Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает гидравлическое вяжущее, содержащее, в массовых процентах:

- от 17 до 55% портландцемента, частицы которого имеют D50 от 2 мкм до 11 мкм;

- по меньшей мере 5% микрокремнезема;

- от 36 до 70% минеральной добавки А1, частицы которой имеют D50 от 15 до 150 мкм; где

сумма этих процентов составляет от 80 до 100%;

сумма процентного содержания цемента и микрокремнезема составляет более 28%;

минеральная добавка А1 выбрана из шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, минеральных добавок кремнистого известняка, добавок известняка, таких как карбонат кальция, или их смесей.

Предметом настоящего изобретения также является смесь, содержащая, в процентах по объему, по меньшей мере 45% гидравлического вяжущего согласно изобретению и по меньшей мере 30% песка, причем сумма этих процентов составляет от 95 до 100%.

Предметом настоящего изобретения также является гидравлическая композиция, содержащая в объеме 1 м³, за исключением захваченного воздуха и волокон:

- от 155 до 205 литров воды;

- по меньшей мере 770 литров смеси согласно изобретению;

где сумма объемов этих 2 компонентов составляет от 950 до 1000 литров.

Изобретение также предлагает фасонное изделие для строительной отрасли, содержащее гидравлическое вяжущее согласно изобретению или смесь в соответствии с настоящим изобретением.

Изобретение направлено на обеспечение по меньшей мере одного из определяющих преимуществ, описанных ниже.

Изобретение может удовлетворить потребность в сокращении выбросов CO₂. Действительно, количество цемента (и, в частности, клинкера), используемое в пределах объема настоящего изобретения, меньше, чем то, которое традиционно необходимо для сверхвысокопрочного бетона, и составляет до 148 кг/м³ цемента на м³ бетона.

Преимущественно гидравлическая композиция в соответствии с изобретением имеет очень высокую механическую прочность, как правило, 90 МПа или выше через 28 дней.

Другие преимущества и признаки изобретения станут очевидными после прочтения описания и примеров, которые следуют далее, приведенных только в качестве иллюстраций и не в качестве ограничений.

Предметом настоящего изобретения является гидравлическое вяжущее, содержащее, в массовых процентах:

- от 17 до 55% портландцемента, частицы которого имеют D50 от 2 мкм до 11 мкм;

- по меньшей мере 5% микрокремнезема;

- от 36 до 70% минеральной добавки А1, частицы которой имеют D50 от 15 до 150 мкм; где

сумма этих процентов составляет от 80 до 100%;

сумма процентного содержания цемента и микрокремнезема составляет более 28%;

минеральная добавка А1 выбрана из шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, минеральных добавок кремнистого известняка, добавок известняка, таких как карбонат кальция, или их смесей.

Гидравлическое вяжущее представляет собой материал, который схватывается и отверждается посредством гидратации.

Схватывание - это, как правило, переход в твердое состояние гидравлического вяжущего путем реакции гидратации. После схватывания, как правило, следует период отверждения.

Отверждение - это, как правило, приобретение механической прочности гидравлического вяжущего. Отверждение обычно происходит после окончания схватывания.

Гидравлическое вяжущее согласно изобретению включает портландцемент. Портландцемент в смысле настоящего изобретения включает в себя портландцементный клинкер. Использование перемолотого портландцементного клинкера в качестве портландцемента также может быть предусмотрено, при условии дополнительной добавки сульфата кальция.

Предпочтительными портландцементами являются те, которые определены в соответствии с европейским стандартом NF EN 197-1 от апреля 2012 года, и те, которые описаны в стандарте ASTM С150-12, более предпочтительно, - это цементы СЕМ I.

Предпочтительными портландцементами являются те, которые определены в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001 года, более предпочтительно они являются цементами СЕМ I.

Предпочтительно гидравлическое вяжущее согласно изобретению включает от 17 до 50% портландцемента, более предпочтительно от 18 до 45%, выраженных в массовых процентах в расчете на вяжущее.

Цементы, пригодные для использования в соответствии с настоящим изобретением, как правило, представляют собой портландцемент, удельная поверхность по методу БЭТ (Брунауэра - Эммета - Теллера) которого составляет от 1,20 до 3 м²/г, предпочтительно от 1,20 до 2,5 м²/г.

Удельная поверхность по методу БЭТ представляет собой значение фактической общей площади поверхности частиц, которая принимает во внимание наличие рельефов, неровностей, поверхностных или внутренних полостей, пористости.

Цемент, пригодный для использования в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой цемент, частицы которого имеют D10 от 1 до 4 мкм, более предпочтительно от 1 до 3 мкм, а еще более предпочтительно от 1 до 2,5 мкм.

Цемент, пригодный для использования в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой цемент, частицы которого имеют D50 от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 9 мкм.

Цемент, пригодный для использования в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой цемент, частицы которого имеют D90 от 8 мкм до 25 мкм, более предпочтительно от 9 мкм до 24 мкм.

D90, также обозначенный D_V90, соответствует 90% объемного распределения частиц по размерам, т.е. 90% объема состоит из частиц с размерами менее D90 и 10% объема состоит из частиц с размерами более D90.

Аналогично, D50, также обозначенный D_V50, соответствует 50% объемного распределения частиц по размерам, т.е. 50% объема состоит из частиц с размерами менее D50 и 50% объема состоит из частиц с размерами более D50.

Аналогично, D10, также обозначенный D_V10, соответствует 10% объемного распределения частиц по размерам, т.е. 10% объема состоит из частиц с размерами менее D10 и 90% объема состоит из частиц с размерами более D10.

D10 или D90 множества частиц, как правило, можно определить путем лазерного измерения размера зерна для частиц с размером менее 800 мкм, или путем просеивания частиц с размером более 63 мкм.

Предпочтительно портландцемент, пригодный для использования в настоящем изобретении, имеет удельную поверхность по Блейну, которая больше или равна 5000 см²/г, предпочтительно больше или равна 6500 см²/г.

Портландцемент, который можно использовать в настоящем изобретении, можно измельчить и/или сепарировать (с помощью динамического сепаратора) с получением цемента, имеющего удельную поверхность по Блейну, большую или равную 5000 см²/г. Этот цемент можно квалифицировать как сверхтонкий. Цемент можно измельчить, например, с использованием двух способов.

В соответствии с первым способом цемент или клинкер можно измельчить до удельной поверхности по Блейну от 5000 до 9000 см²/г. На этой первой стадии можно использовать высокоэффективный сепаратор второго или третьего поколения, или очень высокоэффективный сепаратор для отделения цемента, имеющего требуемую степень дисперсности, от цемента, не имеющего требуемой степени дисперсности. Этот последний затем возвращают в мельницу.

В соответствии со вторым способом портландцемент можно пропускать через очень высокоэффективный сепаратор, также известный как сепаратор очень высокой дисперсности (VHF), для отделения частиц цемента, имеющих удельную поверхность по Блейну, большую или равную целевой дисперсности (целевая дисперсность составляет более 5000 см²/г), от частиц цемента, имеющих удельную площадь поверхности по Блейну, которая меньше целевой дисперсности. Цементные частицы, имеющие удельную поверхность по Блейну, превышающую или равную целевой дисперсности, можно использовать как таковые. Цементные частицы, имеющие удельную поверхность по Блейну ниже целевой дисперсности, можно отделить или измельчить отдельно до тех пор, пока не будет достигнута требуемая удельная поверхность по Блейну. Мельницы, которые могут быть использованы в обоих способах, представляют собой, например, шаровые мельницы, вертикальные мельницы, роликовые прессы, горизонтальные мельницы (например, типа Horomill©) или вертикальную мельницу с перемешиванием (например, типа башенной мельницы).

Гидравлическое вяжущее согласно изобретению включает в себя микрокремнезем.

Микрокремнезем, пригодный для изобретения, может быть побочным продуктом металлургии и производства кремния. Микрокремнезем обычно образуется со сферическими частицами, содержащими по меньшей мере 85% по массе аморфного диоксида кремния.

Предпочтительно микрокремнезем, используемый в соответствии с настоящим изобретением, может быть выбран из микрокремнеземов в соответствии с европейским стандартом NF EN 197-1 от февраля 2001, пункт 5.2.7.

Предпочтительно гидравлическое вяжущее согласно изобретению содержит от 5 до 45% от микрокремнезема, более предпочтительно от 5 до 40%, еще более предпочтительно от 6 до 30%, выраженных в виде массовых процентов по отношению к вяжущему.

Гидравлическое вяжущее согласно изобретению содержит минеральную добавку А1, выбранную из шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, минеральных добавок кремнистого известняка, добавок известняка, таких как карбонат кальция, или их смесей.

Минеральные добавки А1, также пригодные для изобретения, могут быть выбраны из шлаков, возможно перемолотых, кальцинированных сланцев, материалов, содержащих карбонат кальция, летучей золы, цеолитов, золы, получаемой при сжигании растений, кальцинированных глин и их смесей.

Предпочтительно минеральные добавки А1, пригодные для изобретения, могут представлять собой мелкодисперсный диоксид кремния и/или карбонат кальция.

Например, минеральные добавки А1 представляют собой кальцинированные сланцы (например, как определено в стандарте NF EN 197-1, пункт 5.2.5), минеральные добавки, содержащие карбонат кальция, например известняк (например, как определено в стандарте NF EN 197-1, пункт 5.2.6), минеральные добавки, содержащие диоксид кремния, например, кремнеземистый мелкодисперсный материал, или их смеси.

В предпочтительном варианте изобретения гидравлическое вяжущее согласно изобретению включает от 36 до 68% добавки А1, более предпочтительно от 36 до 66%, выраженных в массовых процентах по отношению к вяжущему.

Гидравлическое вяжущее согласно изобретению может дополнительно содержать сульфат кальция.

Предпочтительно гидравлическое вяжущее согласно изобретению дополнительно содержит от 0,01 до 8% сульфата кальция, выраженных в массовых процентах по отношению к вяжущему.

Сульфат кальция существует в природном состоянии. Кроме того, можно использовать сульфат кальция, который является побочным продуктом некоторых промышленных процессов. Сульфат кальция может быть или может не быть безводным.

Предпочтительно, когда дисперсность цемента возрастает, также можно увеличить количество сульфата кальция с целью получения оптимальной механической прочности. Специалист в данной области будет знать из его/ее знаний, как оптимизировать количество сульфата кальция путем использования известных способов. Такая оптимизация будет осуществляться в зависимости от дисперсности частиц цемента.

Гидравлическое вяжущее согласно изобретению также может содержать от 0 до 20%, выраженных в массовых процентах по отношению к вяжущему, пуццолановых материалов (например, таких, как определено в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001, пункт 5.2.3), шлаков (например, таких, как определено в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001 года, пункт 5.2.2), кальцинированных сланцев (например, таких, как определено в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001 года, пункт 5.2.5), материалов, содержащих карбонат кальция, например известняка (например, таких, как определено в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001 года, пункт 5.2.6), кремнистых добавок (например, таких, как определено во французском стандарте NF Р 18-509 от декабря 1998 года, пункт 5), летучей золы (например, такой, как определено в европейском стандарте NF EN 197-1 от февраля 2001 года, пункт 5.2.4), или их смесей.

Другим объектом изобретения является также смесь, содержащая по меньшей мере 45 об. % гидравлического вяжущего в соответствии с изобретением и по меньшей мере 30 об. % песка, причем сумма этих процентов составляет от 95 до 100%.

Смесь согласно изобретению содержит песок.

Предпочтительно песок в смеси согласно изобретению представляет собой кремнистый песок, кальцинированный бокситовый песок, песок кремнистого известняка, известняковый песок или их смеси.

Размер частиц песка обычно определяют путем просеивания.

Предпочтительно смесь согласно изобретению содержит песок, частицы которого имеют D10, составляющий от 100 мкм до 1 мм.

Предпочтительно смесь согласно изобретению содержит песок, частицы которого имеют D50, составляющий от 200 мкм до 3 мм, более предпочтительно от 250 до 1,000 мкм.

Предпочтительно смесь согласно изобретению содержит песок, частицы которого имеют D90, меньший или равный 5 мм, более предпочтительно D90 составляет от 300 мкм до 5 мм, еще более предпочтительно D90 составляет от 350 мкм до 1000 мкм.

Предпочтительно смесь согласно изобретению содержит песок, частицы которого имеют D10, составляющий от 100 мкм до 1 мм, и D50, составляющий от 200 мкм до 3 мм, и D90 - от 300 мкм до 5 мм.

Другим предметом изобретения также является гидравлическая композиция, содержащая в объеме 1 м³, за исключением захваченного воздуха и волокон:

- от 155 до 205 литров воды;

- по меньшей мере 770 литров смеси согласно изобретению;

где сумма объемов этих 2 компонентов составляет от 950 до 1000 литров.

Как правило, указанная вода включает воду, добавленную для смешивания и воду из добавок, также известную как общая вода.

Гидравлическая композиция согласно изобретению включает в себя композиции в свежем состоянии и в схваченном состоянии, например, цементный раствор, строительный раствор или бетон.

Гидравлическая композиция согласно изобретению также может содержать добавку, например, одну из тех, которые описаны в стандартах EN 934-2 от сентября 2002 года, EN 934-3 от ноября 2009 года или EN 934-4 от августа 2009 года, и, возможно, минеральные добавки.

Предпочтительно гидравлические композиции согласно изобретению также содержат добавку для гидравлической композиции, например, ускоритель, загуститель, пеногаситель, замедлитель, агент обезвреживания глин, агент, снижающий усадку, пластификатор и/или суперпластификатор. В частности, полезно включать суперпластификатор поликарбоксилатного типа, в частности, от 0,01 до 5%, предпочтительно от 0,1 до 3%, где процентное содержание выражено в виде массы сухого вещества по отношению к массе цемента.

Следует отметить, что эти добавки могут быть добавлены к вяжущему или к смеси согласно изобретению.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать разжижитель или суперпластификатор.

Термин "суперпластификатор", используемый в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения, следует понимать как включающий в себя добавки, уменьшающие водопотребность, и суперпластификаторы, как описано в книге под названием "Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology", V.S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984.

Добавку, уменьшающую водопотребность, определяют как добавку, которая, как правило, приводит к уменьшению количества воды затворения на 10-15%, как правило, для бетона конкретной технологичности. Добавки, уменьшающие водопотребность, включают, например, лигносульфонаты, гидроксикарбоновые кислоты, углеводы и другие специфические органические соединения, такие как глицерин, поливиниловый спирт, алюминометилсиликонат натрия, сульфаниловая кислота и казеин.

Суперпластификаторы принадлежат к новому классу добавок, уменьшающих водопотребность, которые отличаются по химической структуре от обычных добавок, уменьшающих водопотребность, и позволяют уменьшить количество воды затворения примерно на 30 масс. %. Суперпластификаторы, в целом, разделены на четыре группы: сульфированные конденсаты нафталинформальдегида (SNF) (как правило, натриевая соль); сульфонатные конденсаты меламиноформальдегида (SMF); модифицированные лигносульфонаты (MLS) и другие. Более поздние суперпластификаторы включают поликарбоновые соединения, такие как поликарбоксилаты, например полиакрилаты. Суперпластификатор предпочтительно представляет собой суперпластификатор нового поколения, например сополимер, содержащий полиэтиленгликоль в качестве привитой цепи и карбоксильные функциональные группы в основной цепи, подобной простому поликарбоновому эфиру. Также могут быть использованы поликарбоксилаты-полисульфонаты натрия и полиакрилаты натрия. Также могут быть использованы производные фосфоновой кислоты. Требуемое количество суперпластификатора, как правило, зависит от реакционной способности цемента. Чем ниже реакционная способность, тем меньше требуемое количество суперпластификатора. Для уменьшения общего количества щелочных солей можно использовать суперпластификатор в виде кальциевой соли, а не в виде натриевой соли.

Также можно использовать производные фосфоновой кислоты. Также можно использовать поликарбоксилаты-полисульфонаты натрия и полиакрилаты натрия. Требуемое количество суперпластификатора, как правило, зависит от реакционной способности цемента. Чем ниже реакционная способность, тем меньше требуемое количество суперпластификатора. Для уменьшения общего количества щелочных солей можно использовать суперпластификатор в виде кальциевой соли, а не в виде натриевой соли.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать пеногаситель, например полидиметилсилоксан. Пеногасители также включают силиконы в виде раствора, твердого вещества или, предпочтительно, в виде смолы, масла или эмульсии, предпочтительно в воде. Силиконы, содержащие группы (RSiO_0,5) и (R₂SiO), являются наиболее подходящими. В этих формулах радикалы R, которые могут быть одинаковыми или различными, предпочтительно представляют собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 8 атомов углерода, причем метильная группа является предпочтительной. Число звеньев предпочтительно составляет от 30 до 120.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать загуститель и/или агент для изменения предела текучести (как правило, для увеличения вязкости и/или предела текучести). Такие агенты включают в себя: производные целлюлозы, например, простые эфиры целлюлозы, растворимые в воде, такие как карбоксиметилцеллюлоза натрия, метиловые, этиловые, гидроксиэтиловые и гидроксипропиловые простые эфиры; альгинаты; и ксантановая, каррагинановая или гуаровая камедь. Можно использовать смеси этих агентов.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать ускоритель и/или замедлитель.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать волокна, например, минеральные волокна (например, из стекла, базальта), органические волокна (например, из пластика типа APV), металлические волокна (например, из стали) или их смесь.

Органические волокна могут быть, в частности, выбраны из волокон из поливинилового спирта (ПВС), волокон из полиакрилонитрила (ПАН), волокон из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), волокон из полиамида или полиимида, полипропиленовых волокон, арамидных волокон или углеродных волокон. Также могут быть использованы смеси этих волокон.

Эти органические волокна могут представлять собой волокна, состоящие из одной или множества нитей, имеющие диаметр от 25 мкм до 800 мкм. Индивидуальная длина органических волокон предпочтительно составляет от 10 до 50 мм.

Что касается металлических волокон, они могут быть металлическими волокнами, выбранными из стальных волокон, таких как стальные волокна высокой механической прочности, аморфные стальные волокна или волокна из нержавеющей стали. При необходимости, стальные волокна могут быть покрыты цветным металлом, таким как медь, цинк, никель (или их сплавы).

Индивидуальная длина металлических волокон предпочтительно составляет по меньшей мере 2 мм и даже более предпочтительно - в диапазоне 10-30 мм.

Можно использовать волокна, которые являются зубчатыми, гофрированными или сцепленными на концах.

Предпочтительно количество волокон составляет от 0,1 до 6%, даже более предпочтительно от 1 до 5% от объема гидравлической композиции.

Использование смеси волокон с различными характеристиками дает возможность адаптировать свойства бетона в отношении желаемых функций.

Следует отметить, что волокна можно добавлять в вяжущее или в смесь согласно изобретению.

Гидравлическая композиция согласно изобретению могут быть получена путем смешивания смеси согласно изобретению или гидравлического вяжущего согласно изобретению с водой.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа получения гидравлической композиции согласно изобретению количество используемой воды составляет от 160 до 195 л/м³, предпочтительно от 160 до 185 л/м³.

Гидравлическая композиция может быть усилена, например, металлическими элементами.

Гидравлическая композиция может быть предварительно напряжена с помощью кабелей или прикрепленных элементов напрягаемой арматуры, или постнатяжена (предварительно напряжена с натяжением) с помощью кабелей или элементов напрягаемой арматуры или листов, или не прикрепленных стержней. Предварительное напряжение, как и преднатяжение или постнатяжение, особенно хорошо подходит для композиций, полученных в соответствии с настоящим изобретением.

Преимущественно гидравлические композиции, полученные согласно изобретению, имеют прочность на сжатие, которая больше или равна 90 МПа через 28 дней после смешивания и/или больше или равна 120 МПа после термической обработки, например, после термообработки в течение 2-х дней при температуре 90°С, выполненной через 2 дня при температуре 20°С.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может быть получена в соответствии со способами, известными специалисту в данной области техники, которые включают смешивание твердых компонентов и воды, придание формы (например, литье, разбрызгивание, распыление или каландрирование) и отверждение.

Гидравлическая композиция согласно изобретению может подвергаться термической обработке после схватывания для улучшения ее механических свойств. Обработка после схватывания, называемая также термическим отверждением бетона, как правило, достигается при температуре от 60°С до 90°С. Температура термической обработки должна быть ниже температуры кипения воды при атмосферном давлении. Температура термической обработки после схватывания, как правило, меньше 100°С.

Продолжительность термической обработки после схватывания может составлять, например, от 6 часов до 4-х дней, предпочтительно от около 2 дней. Термическую обработку можно начинать, как правило, по меньшей мере за один день до начала схватывания и предпочтительно для бетона возрастом от 1 до 12 дней при температуре 20°С.

Термическая обработка может проводиться в сухих или влажных средах или в соответствии с циклами, где чередуются обе среды, например, 24-часовая обработка во влажной среде с последующей обработкой в течение 24 часов в сухой среде.

Изобретение также относится к фасонному изделию для строительной отрасли, содержащему гидравлическое вяжущее согласно изобретению или смесь согласно изобретению.

Были использованы следующие методы измерения:

Лазерное измерение размера частиц

Кривые размеров частиц различных порошков получали с использованием лазерного гранулометра Malvern MS2000. Измерение проводят в подходящей среде (например, в водной среде); размер частиц должен составлять от 0,02 мкм до 2 мм. В качестве источника света используют красный He-Ne-лазер (632 нм) и синий диод (466 нм). Оптическая модель является моделью Фраунгофера, вычислительная матрица является матрицей полидисперсного типа.

Измерение фонового шума сначала выполняют при частоте вращения насоса 2000 оборотов в минуту, частоте вращения мешалки 800 оборотов в минуту и при измерении шума в течение 10 сек, при отсутствии ультразвуковых волн. Затем удостоверяются в том, что интенсивность света лазера составляет по меньшей мере 80% и достигнута убывающая экспонентная кривая для фонового шума. Если это не так, следует очистить линзы в камере.

Затем первое измерение проводят на образце со следующими параметрами: частота вращения насоса - 2000 оборотов в минуту, частота вращения мешалки - 800 оборотов в минуту, отсутствие ультразвуковых волн, предел затенения от 10 до 20%. Вставляют образец для получения затенения немного выше, чем 10%. После стабилизации затенения проводят измерение со временем 10 сек между погружением и серией измерений. Время измерения составляет 30 сек (анализировали 30000 дифракционных изображений). На полученном графике распределения по размерам следует учитывать тот факт, что часть порошка может быть агломерированной.

Затем проводят второе измерение (без опорожнения резервуара) с использованием ультразвуковых волн. Частоту вращения насоса увеличивают до 2500 оборотов в минуту, частоту вращения мешалки - до 1000 оборотов в минуту, и используют 100% ультразвуковое излучение (30 Вт). Этот режим поддерживают в течение 3 минут, прежде чем вернуться к исходным параметрам: частота вращения насоса 2000 оборотов в минуту, частота вращения мешалки 800 оборотов в минуту, отсутствие ультразвуковых волн. Через 10 сек (для удаления возможных воздушных пузырьков) выполняют измерение в течение 30 сек (анализировали 30000 изображений). Это второе измерение соответствует порошку, деагломерированному с помощью ультразвукового диспергирования.

Каждое измерение повторяют по меньшей мере дважды, чтобы проверить стабильность результата. Устройство калибруют перед каждой рабочей сессией с использованием стандартного образца (С10 диоксид кремния Sifraco), имеющего известную кривую размеров частиц. Все измерения, приведенные в этом описании, и указанные диапазоны соответствуют значениям, полученным с использованием ультразвуковых волн.

Способ измерения удельной поверхности по методу БЭТ

Удельную поверхность различных порошков измеряют следующим образом. Берут образец порошка со следующей массой: от 0,1 до 0,2 г для предполагаемой удельной поверхности более 30 м²/г; 0,3 г для предполагаемой удельной поверхности от 10 до 30 м²/г; 1 г для предполагаемой удельной поверхности от 3 до 10 м²/г; 1,5 г для предполагаемой удельной поверхности от 2 до 3 м²/г; 2 г для предполагаемой удельной поверхности от 1,5 до 2 м²/г; 3 г для предполагаемой удельной поверхности от 1 до 1,5 м²/г.

Используют ячейки объемом 3 см³ или 9 см³ в зависимости от объема образца. Взвешивают всю измерительную ячейку (ячейка + стеклянный стержень). Затем в ячейку помещают образец: уровень продукта не должен быть менее одного миллиметра от верхней части шейки ячейки. Все (ячейка + стеклянный стержень + образец) взвешивают. Измерительную ячейку устанавливают на место в дегазационном блоке, и образец дегазируют. Параметры дегазации - 30 мин/45°С для портландцемента, гипса, пуццоланов; 3 ч/200°С для шлаков, летучей золы, глиноземистого цемента, известняка; и 4 ч/300°С для контролируемого глинозема. Ячейку быстро закрывают пробкой после дегазации. Все взвешивают и записывают результат. Все операции взвешивания выполняют без пробки, которую временно снимают для проведения измерения. Массу образца получают путем вычитания массы ячейки от суммы масс ячейки и дегазированного образца.

Затем выполняют анализ образца после его установки на место в измерительном блоке. Анализатор - SA 3100 от Beckman Coulter. Измерение основано на адсорбции азота образцом при заданной температуре, в данном случае - при температуре жидкого азота, т.е. около -196°С. Устройство измеряет давление контрольной ячейки, в которой адсорбат находится под давлением его насыщенных паров, и давление ячейки с образцом, в которую введены известные объемы адсорбата. Полученная кривая этих измерений является изотермой адсорбции. В этом методе измерения требуется знание мертвого объема ячейки: поэтому перед анализом проводят измерение этого объема с использованием гелия.

В качестве параметра вводят ранее вычисленную массу образца. Площадь поверхности по методу БЭТ определяется частью программного обеспечения с помощью линейной регрессии из экспериментальной кривой. Стандартное отклонение воспроизводимости результатов, полученных из 10 измерений на основе диоксида кремния с удельной поверхностью 21,4 м²/г, составляет 0,07. Полученное стандартное отклонение воспроизводимости из 10 измерений на цементе с удельной поверхностью 0,9 м²/г составляет 0,02. Раз в две недели проводят проверку с эталонным продуктом. Два раза в год проводят проверку с эталонным глиноземом, предоставленным производителем.

Метод измерения прочности на сжатие

Прочность на сжатие измеряют, независимо от испытательного срока, на цилиндрическом образце диаметром 7 см и высотой 14 см, причем поверхности образца, к которым прилагают силу сжатия, являются плоскими.

Приложенную силу сжатия увеличивают со скоростью 3,85 кН/сек во время испытания на сжатие.

Примеры

Настоящее изобретение описано в следующих примерах A, B, C, D, E, F, G, H, которые не являются ограничивающими.

Цемент получали путем размола и разделения портландцемента СЕМ I, 52,5N PMES из цементных заводов Lafarge Le Teil. Это измельчение осуществляли с использованием мельницы с воздушной струей, связанной с очень высокоэффективным сепаратором. Полученный измельченный цемент имел D10 1,7 мкм, D50 5,3 мкм и D90 10,6 мкм. Удельная поверхность по Блейну составляла 6950 см²/г, а удельная поверхность по методу БЭТ составляла 1,65 м²/г.

Le Millisil C6 представляет собой кремнистый наполнитель (кварцевый) от Sibelco. Он соответствует добавке А1. Он имеет D10 2,9 мкм, D50 28,9 мкм и D90 95,6 мкм.

Микрокремнезем МСТ 02 от SEPR характеризуется удельной поверхностью по методу БЭТ 12 м²/г.

Micro A anhydrite - микронизированный безводный сульфат кальция, поставляемый Maxit. Он имеет D10 1,6 мкм, D50 12,3 мкм и D90 17,0 мкм.

ВЕ01 песок - кварцевый песок, поставляемый Sibelco. Он имеет D10 приблизительно 210 мкм, D50 приблизительно 310 мкм, D90 приблизительно 400 мкм.

Суперпластификатор F2 представляет собой суперпластификатор нового поколения, содержащий модифицированный поликарбоксилат.

Оборудование:

- смеситель Рейнери R601, который был предоставлен VMI, с емкостью на 10 литров. Этот смеситель обеспечивает планетарное вращательное движение;

- цилиндрические картонные формы диаметром 7 см и высотой 14 см;

- увлажнительная камера 95-100% относительной гидрометрии и 90°С плюс/минус 1°С, предоставленная компанией Verre Labo Mula;

- увлажнительная камера 95-100% относительной гидрометрии и 20°С плюс/минус 1°С.

Способ получения гидравлической композиции согласно изобретению:

Бетон (гидравлическую композицию) получали в соответствии с методикой, описанной ниже:

1) введение сухих материалов (песок, А1, цемент, сульфат кальция и микрокремнезем) в емкость смесителя Рейнери;

2) смешивание в течение 3 минут со скоростью 15 оборотов в минуту для гомогенизации сухих материалов;

3) введение воды для затворения и одной половины суперпластификатора в течение 30 секунд при скорости вращения 35 оборотов в минуту;

4) смешивание в течение 4-х минут и 30 секунд со скоростью 35 оборотов в минуту;

5) введение другой половины суперпластификатора в течение 30 секунд при скорости вращения 50 оборотов в минуту;

6) смешивание в течение 2 минут и 30 секунд при скорости 50 оборотов в минуту;

7) остановка смесителя.

Был получен свежий бетон. Бетон отливали в цилиндрические формы. Полученные формованные образцы герметически закрывали и выдерживали в течение 24 часов при температуре 20°С. Затем образцы извлекали из формы и помещали:

- в увлажнительную камеру на 28 суток при 20°С и 100% относительной влажности; или

- в увлажнительную камеру на 7 дней при 20°С и 100% относительной влажности, а затем в климатическую камеру на 48 ч при 90°С и 100% относительной влажности (термообработка).

Затем измеряли механическую прочность.

• Гидравлические вяжущие согласно изобретению, в масс. %:

• Состав смесей согласно изобретению, в об. %:

• Гидравлические композиции согласно изобретению, в литрах на 1 м³ бетона:

Гидравлические композиции согласно изобретению описаны ниже, в литрах на 1 м³ бетона, за исключением захваченного воздуха и волокон.

• Свойства гидравлической композиции:

Механическую прочность на сжатие измеряли на цилиндрах диаметром 70 мм и высотой 140 мм. Результаты выражены в МПа.

Реферат

Настоящее изобретение относится к гидравлическому вяжущему, содержащему, в массовых процентах: от 17 до 55% портландцемента, частицы которого имеют D50 от 2 до 11 мкм; по меньшей мере 5% микрокремнезема; от 36 до 70% минеральной добавки А1, частицы которой имеют D50 от 15 до 150 мкм; где сумма этих процентов составляет от 80 до 100%; сумма процентного содержания цемента и микрокремнезема составляет более 28%; минеральная добавка А1 выбрана из шлаков, пуццолановых добавок или кремнистых добавок, таких как кварц, минеральных добавок кремнистого известняка, добавок известняка, таких как карбонат кальция, или их смесей. Изобретение также относится к смеси, содержащей указанное гидравлическое вяжущее и песок, к гидравлической композиции, содержащей указанную смесь и воду. Кроме того, изобретение относится к фасонному изделию для строительной отрасли, содержащей указанное гидравлическое вяжущее или указанную смесь гидравлического вяжущего и песка. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - получение сверхвысокопрочного бетона и сокращение выбросов углекислого газа. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 табл.

Формула