Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2573503:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (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 - уменьшение водопоглощения бетона. Высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, состоящую из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем рН=12,0 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3, с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем рН=4,5-5,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: 84,00-85,50 и 14,50-16,00 соответственно, при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %: портландцемент 19,50-26,65; песок c модулем крупности Мк=2,1 21,80-24,70; щебень фракции 5-10 мм 42,40-44,50; указанная добавка 1,75-2,25; вода 7,40-9,05. 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 (Баженов Ю.М. Технология бетона. Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), Москва, 2002 г., 377 с.), содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, добавку и воду.
Недостатком данного технического решения является повышенное значение водопоглощения бетона.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, С04В 28/04, дата публ. 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 повышенное значение водопоглощения бетона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2256630, С04В 28/04, дата публ. 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H2SiO3 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 | 25,70-27,84 |
| Кремнеземсодержащий компонент, | |
| представленный золем H2SiO3 с плотностью ρ= | 0,25-0,27 |
| 1,014 г/см3, pH=5-6 | |
| Добавка - калий железистосинеродистый | 0,44-0,47 |
| K4Fe(CN)6 | |
| Вода | 12,10-12,15 |
Недостатком данного технического решения является повышенное значение водопоглощения бетона.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение водопоглощения бетона.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержит портландцемент, песок с модулем крупности Мк=2,1, щебень фракции 5-10 мм, воду и комплексную добавку, которая состоит из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12,0 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем pH=4,5-5,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Жидкое натриевое стекло | |
| плотностью 1,45 г/см3, | |
| водородным показателем pH=12,0 | 84,00-85,50 |
| Золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 | |
| с плотностью ρ=1,021 г/см3, | |
| водородным показателем pH=4,5-5,5 | 14,5-16,00 |
При следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:
| Портландцемент | 19,50-26,65 |
| Указанный песок | 21,80-24,70 |
| Указанный щебень | 42,40-44,50 |
| Указанная добавка | 1,75-2,25 |
| Вода | 7,40-9,05 |
Долговечный высокопрочный бетон должен быть непроницаемым к внешним воздействиям, что достигается повышением его плотности. Проникание в бетон жидких веществ различной степени агрессивности определяется проницаемостью бетона, которая является одной из его важных характеристик. В недостаточно плотном железобетоне проникание влаги и воздуха вызывает коррозию арматуры, которая увеличивается в объеме и, как следствие, приводит к растрескиванию и разрушению защитного слоя бетона в конструкции. Движение воды сквозь толщу бетона обуславливается не только давлением, но и градиентом влажности на противоположных поверхностях бетона, т.е. осмотическим эффектом.
Золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем 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:
Представленные схемы указывают на увеличение гидратационной активности цемента в присутствии золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3. Наличие золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 в твердеющей системе способствует образованию гидросиликатов волокнистой структуры типа CSH (I), и, как следствие, их присутствие повышает плотность бетона.
Кроме того, золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 оказывает пластифицирующее действие на цементную смесь, уменьшая количество воды затворения на 10%, при этом он способствует формированию плотной структуры, обеспечивая также повышение прочности при сжатии, на растяжение при изгибе и ударной прочности изготавливаемого бетона.
Жидкое натриевое стекло с плотностью 1,45 г/см3 по ГОСТ 13078-81 в сочетании с золем золя гидроксида железа (III) с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем рН=4,5-5,5 дает сверхсуммарный эффект, который выражается в образовании тоберморитоподобных гидросиликатов и, как следствие, получении высокопрочного бетона с повышенной плотностью по водопоглощению по сравнению с прототипом.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
По мнению авторов и заявителя, 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 золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 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 [Барвинок М.С., Гарбудова Т.Ф. Коллоиды. Л.: ЛИИЖТ, 1970. - 16 с.; Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2000. - 558 с.].
Готовят сырьевую смесь следующим образом: на месте работ заводское растворимое жидкое натриевое стекло разбавляется водой до нужной концентрации, а именно до нормального жидкого натриевого стекла с плотностью 1,45 г/см3 по ГОСТ 13078-81. Затем отдозированный золь гидроксида железа (III) {mFe(OH)3·nFe+3·(3n-x)·Cl-1}+x…·Cl-1 [Барвинок М.С., Гарбудова Т.Ф. Коллоиды. Л.: ЛИИЖТ, 1970. - 16 c.; Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2000. - 558 с.] помещают в отдозированное жидкое стекло. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок с модулем крупности 2,1, щебень фракции 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную 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 плотности по водопоглощению.
Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний, согласно ГОСТ 12730.3-78 «Метод определения водопоглощения», представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению характеризуется уменьшенным водопоглощением на 8% и составляет значение 1,6% по сравнению с прототипом.
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, отличающийся тем, что смесь для высокопрочного бетона содержит песок с модулем крупности Мк=2,1, щебень фракции 5-10 мм, комплексную добавку, состоящую из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12,0 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем pH=4,5-5,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Жидкое натриевое стекло | |
| плотностью 1,45 г/см3, | |
| водородным показателем pH=12,0 | 84,00-85,50 |
| Золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 | |
| с плотностью ρ=1,021 г/см3, | |
| водородным показателем pH=4,5-5,5 | 14,5-16,00 |
при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
| Портландцемент | 19,50-26,65 |
| Указанный песок | 21,80-24,70 |
| Указанный щебень | 42,40-44,50 |
| Указанная добавка | 1,75-2,25 |
| Вода | 7,40-9,05 |
