Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2331602:
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (RU)
Изобретение относится к составу высокопрочного бетона и может быть использовано для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Технический результат - повышение прочности при сжатии в проектном возрасте, понижение ползучести. Высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку состава, мас.%: золь гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5-84,85-85,20; гексоцианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] - 0,80-0,85; суперпластификатор С-3 - 14,00-14,30 при следующем соотношении компонентов бетона, мас.%: портландцемент 20,60-27,40; песок 21,80-24,70; щебень 43,10-44,90; указанная добавка 0,60-0,80; вода 7,10-9,00. 4 ил., 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 повышенная ползучесть за счет пониженной степени гидратации твердеющей системы и повышенной пористости.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, С04В 28/04, 20.07.2005 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 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 повышенная ползучесть за счет недостаточного пластифицирующего эффекта действия используемой добавки и недостаточной плотности затвердевшего камня.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2256630, С04В 28/04, 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5...6, добавку - калий железистосинеродистый К4[Fe(CN)6] и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 43,58-47,08 |
| Песок | 14,43-15,69 |
| Щебень | 25,70-27,84 |
| Кремнеземсодержащий компонент, | |
| представленный золем кремниевой кислоты | |
| H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5...6 | 0,25-0,27 |
| Добавка - калий железистосинеродистый K4[Fe(CN)6] | 0,44-0,47 |
| Вода | 12,10-12,15 |
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и повышенная ползучесть за счет недостаточной гидратационной активности и пониженной подвижности бетонной смеси.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии и пониженной ползучестью.
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 является комплексной, состоящей из золя гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферрата (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатора С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Золь гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с | |
| плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5 | 84,85-85,20 |
| Гексоцианоферрат (II) калия К4[Fe(CN)6] | 0,80-0,85 |
| Суперпластификатор С-3 | 14,00-14,30 |
| и следующем соотношении компонентов | бетона, мас.%: |
| Портландцемент | 20,60-27,40 |
| Песок | 21,80-24,70 |
| Щебень | 43,10-44,90 |
| Указанная добавка | 0,60-0,80 |
| Вода | 7,10-9,00 |
Использование комплексной зольсодержащей добавки обеспечивает повышение прочности бетона и уплотнение структуры искусственного камня, так как предлагаемая добавка обладает повышенным пластифицирующим и активирующим эффектом действия, обеспечивая снижение водопотребности сырьевой смеси и повышение гидратационной активности цементсодержащей твердеющей системы. Усиление гидратационной активности подтверждается проведенными колориметрическими исследованиями, в результате которых установлено, что суммарное тепловыделение активированной цементсодержащей твердеющей системы на 28% выше и составляет 135 Дж/г относительно контрольной бездобавочной твердеющей системы, для которой суммарное тепловыделение составляет 105 Дж/г. Об увеличении гидратационной активности свидетельствуют и данные дифференциально-термических исследований, в результате которых установлено, что количество химически связанной воды, обусловленное наличием гидратных соединений, на 40% выше в случае активированного образца и составляет 3,5% относительно 2,5% контрольного образца.
Нанодисперсии, входящие в состав золя, также способствуют уплотнению искусственного камня за счет блокирования пор сопоставимого размера. Нанодисперсии обладают повышенной поверхностной энергией и, соответственно, обладают большей подвижностью, в результате этого они вовлекают таким образом большее количество частиц цемента в гидратационные процессы и препятствуют возможному образованию перенапряжений в твердеющей системе, а также равномерно распределяются во всем объеме твердеющей системы, диспергируя частицы цемента.
Об уплотнении структуры искусственного камня свидетельствуют результаты микроскопических исследований, так как по полученным данным общая пористость активированного искусственного камня уменьшается на 42%.
На фиг.1 представлен фрагмент поровой структуры сечения бетонной балочки размером 4×4×16 см (контрольный состав). М 1:100.
На фиг.2 представлены количественные характеристики пористости бетонных образцов контрольного состава. При этом:
| Среднее | 114,2 |
| Абсолютная погрешность | 5,823 |
| СКО | 77,47 |
| Коэффициент вариации, % | 67,85 |
| Количество классов | 18 |
| Шаг | 58,95 |
| Минимум | 39,54 |
| Максимум | 1101 |
| Процент площади | 29,58 |
| Количество | 680 |
Общая пористость образцов составляет 29,58%.
На фиг.3 представлен фрагмент поровой структуры сечения бетонной балочки размером 4×4×16 см (состав с комплексной добавкой). М 1:100.
На фиг.4 представлены количественные характеристики пористости бетонных образцов состава с комплексной добавкой. При этом:
| Среднее | 147,6 |
| Абсолютная погрешность | 4,894 |
| СКО | 85,22 |
| Коэффициент вариации, % | 57,74 |
| Количество классов | 18 |
| Шаг | 56,95 |
| Минимум | 58,2 |
| Максимум | 1083 |
| Процент площади | 17,04 |
| Количество | 1165 |
Общая пористость образцов составляет 17,04%.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, известно использование каждого из компонентов комплексной добавки отдельно по прямому назначению, но данное их сочетание является новым. Это сочетание обеспечивает получение сверхсуммарного эффекта и заявляемый высокопрочный бетон не известен, данное техническое решение обладает мировой новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии комплексной добавки, представленной золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферратом (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатором С-3, а именно уменьшает водопотребность сырьевой смеси на 23%, повышает прочность при сжатии в проектном возрасте на 61% до значения 51,70 МПа, понижает относительную деформацию ползучести на 30% до значения εп(180cyт)=175*10-5 по сравнению с контрольным бездобавочным составом.
Смесь, включающая портландцемент, песок, щебень и комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферратом (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатором С-3, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенным значением прочности при сжатии и пониженным значением ползучести.
По мнению заявителя 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 комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферратом (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатором С-3, следующим образом:
К 100 см3 кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора хлорида железа FeCl3. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа (III) Fe(ОН)3 конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа (III) Fe(ОН)3 имеет вишнево-коричневый цвет. Затем золь модифицируют добавлением гексоцианоферрата (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатора С-3 в количестве 0,15% от массы золя.
Таким образом получают комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6] и суперпластификатором С-3, которая представляет собой жидкость вишнево-коричневого цвета.
Отдозированную комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН 4,5, гексоцианоферратом (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатором С-3, помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок - Мкр.=2,1, щебень фр.5-10 мм и воду, содержащую отдозированную комплексную добавку, 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 ползучести.
Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний согласно ГОСТ 10180-90 «Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 24544-81 * «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести» представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что водопотребность сырьевой смеси понижается на 23%, предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению характеризуется повышенной прочностью при сжатии в проектном возрасте на 61% до значения 51,70 МПа, пониженной относительной деформацией ползучести на 30% до значения εп(180 сут)=175*10-5 по сравнению с контрольным бездобавочным составом.
Высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что добавка является комплексной и состоит из золя гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, рН=4,5, гексоцианоферрата (II) калия К4[Fe(CN)6] и суперпластификатора С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Золь гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с | |
| плотностью ρ=1,021 г/см3, рН=4,5 | 84,85-85,20 |
| Гексоцианоферрат (II) калия К4[Fe(CN)6] | 0,80-0,85 |
| Суперпластификатор С-3 | 14,00-14,30 |
и следующем соотношении компонентов бетона, мас.%:
| Портландцемент | 20,60-27,40 |
| Песок | 21,80-24,70 |
| Щебень | 43,10-44,90 |
| Указанная добавка | 0,60-0,80 |
| Вода | 7,10-9,00 |
