Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2323910:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Технический результат - создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии и при изгибе в 28-ми суточном возрасте и повышенным значением ударной прочности. Высокопрочный бетон содержит, мас.%: портландцемент 23,6-26,9, песок 23,7-25,2, щебень 36,8-38,4, золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5-5,5 0,7-0,76, вода 11,9-12,04. 1 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (Ю.М.Баженов. Технология бетона. Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), Москва, 2002 г., с.377), содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, добавку и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и при изгибе, а также пониженное значение ударной прочности.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, патент №2256629, МПК С04В 28/04, дата публикации 20.07.2005 г.), содержащая портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем Н2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5...6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и при изгибе, а также пониженное значение ударной прочности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, патент №2256630, МПК С04В 28/04, дата публикации 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем Н2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5...6, добавку - калий железистосинеродистый K4Fe(CN)6 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 43,58-47,08 |
| Песок | 14,43-15,69 |
| Щебень | 25,7-27,84 |
| Кремнеземсодержащий компонент, | |
| представленный золем Н2SiO3 с | |
| плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5...6 | 0,25-0,27 |
| Добавка - калий железистосинеродистый K4Fe(CN)6 | 0,44-0,47 |
| Вода | 12,1-12,15 |
Недостатком данного технического решения является ограниченность максимального значения прочности при сжатии и при изгибе, а также недостаточное значение ударной прочности.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии и при изгибе в проектном возрасте и повышенным значением ударной прочности.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, добавку и воду. Новым по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что добавка представлена золем Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5...5,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 23,6-26,9 |
| Песок | 23,7-25,2 |
| Щебень | 36,8-38,4 |
| Золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5...5,5 | 0,7-0,76 |
| Вода | 11,9-12,04 |
Золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5...5,5 имеет коллоидную частицу с положительным зарядом, что способствует усилению гидратационных процессов в твердеющей системе. Наличие акцепторных орбиталей у вводимых коллоидных частиц с положительным зарядом способствует взаимодействию их с молекулами воды и повышению концентрации протонов в системе, которые будут взаимодействовать с основными центрами поверхности цемента α'(↓↑) по Льюису
α' 
α'
Представленные схемы указывают на увеличение гидратационной активности цемента в присутствии золя Fe(ОН)3. Наличие золя Fe(ОН)3 в твердеющей системе способствует образованию гидросиликатов волокнистой структуры типа CSH (I), что обнаружено при помощи рентгенофазовых исследований и, как следствие, их присутствие повышает прочность при сжатии и, особенно, при изгибе.
Кроме того золь Fe(ОН)3 оказывает пластифицирующее действие на цементную смесь, уменьшая количество воды затворения на 10% и при этом способствует формированию плотной структуры, обеспечивая также повышение прочности при сжатии и при изгибе и повышение значения ударной прочности.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителей, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии золя Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3 и рН 4,5...5,5, а именно, увеличивает подвижность бетонной смеси, а также увеличивает гидратационную активность цемента, результатом чего является повышение прочности при сжатии бетона на 54%, при изгибе на 59% и ударной прочности на 188% по сравнению с контрольным бездобавочным составом.
Смесь, включающая портландцемент, песок и щебень, добавку, представленную золем Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5...5,5, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью при сжатии и при изгибе в проектном возрасте и повышенным значением ударной прочности.
По мнению заявителей и авторов, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Готовят сырьевую смесь (золь гидроксида железа (III)) следующим образом:
К 100 см3 кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора FeCl3. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа имеет вишнево-коричневый цвет.
Таким образом, получают золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5...5,5, который представляет собой жидкость вишнево-коричневого цвета.
Отдозированный золь Fe(ОН)3 помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок - Мкр.=2,1, щебень фр. 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную добавку - золь Fe(ОН)3 помещают в бетоносмеситель, где осуществляется перемешивание компонентов и приготовление бетонной смеси, из которой изготавливают требуемые бетонные изделия и образцы для контроля качества по параметрам прочности при сжатии и изгибе, а также ударной прочности.
Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний согласно ГОСТ 10180-90 «Методы определения прочности по контрольным образцам» представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению повышает прочность в проектном возрасте (28 суток) при сжатии на 54%, при изгибе на 59% и ударную прочность 188% по сравнению с контрольным бездобавочным составом.
| № образца | Состав высокопрочного бетона, мас.% | Прочность при сжатии в возрасте 28 суток, МПа/% | ||||||||||
| Портланд-цемент М400 | Заполнитель | Добавка | Вода | |||||||||
| При сжатии | При изгибе | На удар | ||||||||||
| Песок Мкр.=2,1 | Щебень, фр.=5-10 мм | Золь Н2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и рН 5...6 | Калий железистосинеродистый K4Fe(CN)6 | Золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3 и рН | ||||||||
| 4,5 | 5,0 | 5,5 | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 1 контрольный | 45,33 | 15,06 | 26,77 | 12,84 | 48,6/100 | 8,3/100 | 0,16/100 | |||||
| 2 прототип | 45,33 | 15,06 | 26,77 | 0,26 | 0,455 | 12,3 | 70,7/145 | 9,9/119 | 0,24/150 | |||
| 3 | 23,6 | 25,2 | 38,4 | 0,76 | 12,04 | 74,0/152 | 12,9/155 | 0,44/275 | ||||
| 4 | 23,6 | 25,2 | 38,4 | 0,76 | 12,04 | 74,2/153 | 13,0/157 | 0,45/281 | ||||
| 5 | 23,6 | 25,2 | 38,4 | 0,76 | 12,04 | 73,9/152 | 12,8/154 | 0,43/269 | ||||
| 6 | 25,25 | 24,45 | 37,6 | 0,73 | 11,97 | 74,6/153 | 13,1/158 | 0,46/288 | ||||
| 7 | 25,25 | 24,45 | 37,6 | 0,73 | 11,97 | 74,8/154 | 13,2/159 | 0,46/288 | ||||
| 8 | 25,25 | 24,45 | 37,6 | 0,73 | 11,97 | 74,6/153 | 13,0/157 | 0,46/288 | ||||
| 9 | 26,9 | 23,7 | 36,8 | 0,7 | 11,9 | 74,3/153 | 12,8/154 | 0,44/275 | ||||
| 10 | 26,9 | 23,7 | 36,8 | 0,7 | 11,9 | 74,1/152 | 13,0/157 | 0,45/281 | ||||
| 11 | 26,9 | 23,7 | 36,8 | 0,7 | 11,9 | 74,2/153 | 12,7/153 | 0,43/269 |
Высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве добавки использован золь Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,018 г/см3, рН 4,5-5,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 23,6-26,9 |
| Песок | 23,7-25,2 |
| Щебень | 36,8-38,4 |
| Золь Fe(ОН)3 с плотностью | |
| ρ=1,018 г/см3, рН 4,5-5,5 | 0,7-0,76 |
| Вода | 11,9-12,04 |
