Наномодифицированный бетон и способ его получения
Владельцы патента RU 2421423:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из наномодифицированного бетона, как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Наномодифицированный бетон содержит портландцемент, глауконитовый песок, суперпластификатор С-3 и воду, а в качестве наномодифицирующей добавки - золь кремниевой кислоты, полученный титрованием лимонной кислотой, с маточным раствором, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 18,65-22,93; глауконитовый песок 74,53-68,8; указанная добавка 0,005-0,02; суперпластификатор С-3 0,18-0,23; вода остальное. Способ получения наномодифицированного бетона включает перемешивание портландцемента, глауконитового песка и 2/3 воды с последующим добавлением суперпластификатора С-3, смешанного с оставшейся водой и указанной добавкой. Технический результат - повышение предела прочности при сжатии и уменьшение водопоглощения бетона. 2 н.п. ф-лы., 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона, как в гражданском, так и в промышленном строительстве.
Известна сырьевая смесь для изготовления бетона, содержащая цемент, песок и воду (Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2002. - С.274-275).
Мелкозернистый бетон на основе данной сырьевой смеси имеет пониженную прочность при сжатии и изгибе и повышенную пористость.
Известна сырьевая смесь для изготовления мелкозернистого бетона, включающая портландцемент 19,00-20,00, песок 58,80-61,92, воду, алюминиевую пудру 0,024-0,025, поверхностно-активное вещество СДБ 0,009-0,01, сернокислый натрий 0,24-0,25, отработанный катализатор изопренового производства 1,56-4,68 и воду (Патент 2198861).
Недостатками данной смеси для мелкозернистого бетона являются: невысокая прочность на сжатие, низкая плотность, большое количество компонентов (7 штук), снижающих однородность смеси, а также сложность ее изготовления.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является мелкозернистый бетон, состоящий из портландцемента, глауконитового песка, воды, суперпластификатора С-3 и наполнителя - молотого глауконитового песка (Положительное решение по заявке на патент № 2008103138/03(003432) от 16 февраля 2009 г.).
Недостатками данного технического решения являются невысокая прочность при сжатии, потеря активности наполнителя - молотого глауконитового песка при хранении и, следовательно, более низкая прочность бетона.
Задачей изобретения является разработка состава и способа получения наномодифицированного бетона с высокой прочностью и низким водопоглощением.
Решение задачи достигается тем, что бетон, включающий портландцемент, глауконитовый песок, суперпластификатор С-3 и воду, в качестве наномодифицирующей добавки содержит золь кремниевой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 18,65-22,93 |
| Глауконитовый песок | 74,53-68,8 |
| Наномодифицирующая добавка | 0,005-0,02 |
| Суперпластификатор С-3 | 0,18-0,23 |
| Вода | Остальное |
Золь кремниевой кислоты получается титрованием лимонной кислотой. Способ получения наномодифицированного бетона получается путем перемешивания портландцемента, глауконитового песка и 2/3 воды с последующим добавлением суперпластификатора С-3, смешанного с раствором золя кремниевой кислоты.
Глауконитовый песок (отход обогащения фосфоритного производства) представляет собой сыпучий материал зеленоватого цвета следующего химического состава, %: SiO2 - 90,1; Al2O3 - 1,3; Fe2O3 - 2,2; FeO - 0,4; TiO2 - 0,15; CaO - 2,0; MgO - 0,3; K2O + Na2O - 1,2; P2O5 - 1,4; SO3 - 0,4; F - 0,13; п.п.п. - 0,42.
Введение суперпластификатора С-3 позволяет увеличить подвижность бетонной смеси, снизить водоцементное отношение.
Нанодобавку получают конденсационным методом по золь-гель технологии. При взаимодействии разбавленного раствора силиката натрия с лимонной кислотой происходит выделение новой аморфной фазы с образованием золя кремниевой кислоты.
Наномодифицирующая добавка состоит из SiO2, размерами 5-10 нм, которые обладают огромной кинетической энергией и являются активными центрами кристаллизации. Вступая в химические реакции SiO2, обеспечивает формирование кристаллических сростков низкоосновных гидросоликатов кальция вместо первичных кристаллогидратов типа портландита и высокоосновных гидросоликатов кальция, что способствует повышению плотности и прочности за счет заполнения пространства микропор кристаллическими сростками.
Применение в качестве нанодобавки раствора золя кремниевой кислоты, вводимого в водный раствор суперпластификатора С-3, обеспечивает получение суммарного эффекта, который проявляется в повышенном уплотнении и упрочнении структуры образующегося искусственного камня, результатом чего является повышение прочности в проектном возрасте при сжатии более чем в 1,5 раза и снижение водопоглощения на 20%.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое обеспечивает повышение гидратационной активности компонентов бетонной смеси при пониженном В/Ц отношении и образование структуры с плотной упаковкой.
Таким образом, образование плотной структуры за счет пластифицирующего эффекта и, как следствие, понижение воды затворения, повышение гидратационной активности компонентов бетонной смеси позволило получить наномодифицированный бетон, отличающийся повышенной прочностью при сжатии, изгибе и пониженным водопоглощением.
Пример. Портландцемент марки 400 перемешивают в сухом состоянии с техногенным глауконитовым песком и 2/3 частями воды.
Суперпластификатор С-3 растворяют в остальной воде, перемешивают и добавляют золь кремниевой кислоты (с маточным раствором). Все перемешивают и вливают в бетонную смесь портландцемента, глауконитового песка и воды. Подготовленные формы-балочки размерами 40×40×160 мм смазывают машинным маслом, заполняют подготовленной бетонной смесью, вибрируют 5 с и помещают в ванну с гидравлическим затвором при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 95-100%. Образцы испытывали через 3 и 28 суток твердения.
Составы и результаты испытаний представлены в таблицах 1, 2.
| Таблица 1 | ||||||
| Пример | Состав бетона, мас.% | |||||
| Портландцемент | Глауконитовый песок | Наполнитель молотый глауконитовый песок с S=350 м2/кг | Гель кремниевой кислоты (SiO2 в пересчете на сухое вещество) | С-3 | Вода | |
| Прототип | 18,0 | 68,1 | 2,0 | - | 0,2 | 11,7 |
| 1 | 22,94 | 68,81 | - | - | 0,23 | 8,01 |
| 2 | 22,98 | 68,95 | - | 0,02 | - | 8,05 |
| 3 | 18,65 | 74,53 | - | 0,02 | 0,18 | 6,62 |
| 4 | 22,93 | 68,80 | - | 0,005 | 0,23 | 8,035 |
| 5 | 22,93 | 68,80 | - | 0,01 | 0,23 | 8,03 |
| 6 | 22,93 | 68,80 | - | 0,02 | 0,23 | 8,02 |
| 7 | 22,93 | 68,79 | - | 0,03 | 0,23 | 8,03 |
| Примечание: в прототипе используется портландцемент ПЦ 500-ДО. |
| Таблица 2 | ||||||||
| Показатели | Составы | |||||||
| Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Предел прочности при сжатии через 3 суток, МПа | - | 9,1 | 7,9 | 10,1 | 10,3 | 12,9 | 14,4 | 12,1 |
| Предел прочности при сжатии через 28 суток, МПа | 18,9 | 16,4 | 15,3 | 23,5 | 24,8 | 28,6 | 30,9 | 27,1 |
| Водопоглощение, % | 2,9 | 6,5 | 6,9 | 2,8 | 4,3 | 2,5 | 2,4 | 2,9 |
Из таблицы 2 видно, что при данных соотношениях компонентов бетонной смеси и способе получения достигается технический результат.
Предлагаемая сырьевая смесь по данному изобретению обеспечивает получение наномодифицированного бетона, отличающегося от прототипа повышенной прочностью при сжатии (в 1,5-1,6 раза) и пониженным водопоглощением на 20%.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве.
1. Наномодифицированный бетон, полученный из смеси, содержащий портландцемент, песок, суперпластификатор С-3, наномодифицирующую добавку в виде золя и воду, отличающийся тем, что смесь в качестве наномодифицирующей добавки содержит золь кремниевой кислоты, полученный титрованием лимонной кислоты, с маточным раствором, а в качестве песка - глауконитовый песок, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 18,65-22,93 |
| Глауконитовый песок | 74,53-68,8 |
| Указанная добавка | 0,005-0,02 |
| Суперпластификатор С-3 | 0,18-0,23 |
| Вода | Остальное |
2. Способ получения наномодифицированного бетона, включающий перемешивание портландцемента, глауконитового песка и 2/3 воды, с последующим добавлением суперпластификатора С-3, смешанного с оставшейся водой и указанной добавкой.
