Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2593402:
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, например мостовых или дорожных. Технический результат - повышение морозостойкости высокопрочного бетона. Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением водородного показателя рН=4±0,5, добавку и воду, отличается тем, что содержит в качестве песка - кварцевый песок с модулем крупности 2,32; в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-20 мм, дополнительно содержит комплексный наполнитель, состоящий из тонкомолотой электрофильтровой золы от сжигания сланцевых углей с величиной удельной поверхности, равной 360 м2/кг, и тонкомолотого известняка с величиной удельной поверхности, равной 280 м2/кг, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанная зола - 17-20; указанный известняк - 80-83; и значение водородного показателя кремнеземсодержащего компонента составляет 4±0,5, а добавка состоит из водного раствора поликарбоксилатного полимера, имеющего техническое название «WBK», с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5, карбоната натрия и воды при следующем соотношении компонентов, мас. %: водный раствор поликарбоксилатного полимера с техническим названием «WBK» плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5 - 20-21; карбонат натрия - 2,0-2,5; вода - 77,0-77,5; при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %: портландцемент - 16,93-18,63; указанный песок - 30,40-30,77; указанный щебень - 42,20-42,54. 2 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, например мостовых или дорожных.
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 недостаточное значение морозостойкости бетона.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, С04В 111/20, 20.07.2005 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и водородным показателем рН=5-6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточное значение морозостойкости бетона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2256630, С04В 28/04, С04В 111/20, 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и водородным показателем рН=5-6, добавку: калий железисто-синеродистый 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=1,014 г/см3 и водородным показателем рН=5-6 | 0,25-0,27 |
| Добавка - калий железистосинеродистый K4Fe(CN)6 | 0,44-0,47 |
| Вода | 12,10-12,15 |
Недостатком данного технического решения является недостаточное значение морозостойкости бетона.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона, обладающего повышенным значением морозостойкости.
Поставленная задача достигается тем, что в высокопрочном бетоне, полученном из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, добавку и воду, новым по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что сырьевая смесь содержит в качестве песка - песок кварцевый с модулем крупности 2,32; в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-20 мм, дополнительно содержит комплексный наполнитель, состоящий из тонкомолотой электрофильтровой золы от сжигания сланцевых углей с величиной удельной поверхности, равной 360 м2/кг, и тонкомолотого известняка с величиной удельной поверхности, равной 280 м2/кг, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Указанная зола | 17-20 |
| Указанный известняк | 80-83 |
и значение водородного показателя кремнеземсодержащего компонента составляет 4±0,5, а добавка состоит из водного раствора поликарбоксилатного полимера с техническим названием «WBK» с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5, карбоната натрия и воды при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Водный раствор поликарбоксилатного полимера с техническим названием «WBK» плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5 | 20-21 |
| Карбонат натрия | 2,-2,5 |
| Вода | 77,0-77,5 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:
| Портландцемент | 16,93-18,63 |
| Указанный песок | 30,40-30,77 |
| Указанный щебень | 42,20-42,54 |
| Кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением водородного показателя рН=4±0,5 | 0,18-0,20 |
| Указанный наполнитель | 3,11-3,39 |
| Указанная добавка | 0,15-0,17 |
| Вода | 5,33-6,00 |
Указанная добавка повышает гидратационную активность цемента и реакционную активность наполнителя, что способствует образованию повышенного количества тоберморитоподобных гидросиликатов разной основности, а также образованию труднорастворимого комплексного соединения, представленного основным карбонатом кальция 1,5Са(ОН)2·CaCO3·2H2O.
Образование повышенного количества тоберморитоподобных гидросиликатов и основного карбоната кальция обеспечивает надежный прочный контакт между компонентами, входящими в состав сырьевой смеси, и при этом формирующаяся структура бетона отличается содержанием повышенного количества мелких гелевых пор диаметром 0,0015-0,004 мк, что и способствует повышению морозостойкости бетона.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии кремнеземсодержащего компонента, представленного золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением водородного показателя рН=4±0,5, добавки, состоящей из поликарбоксилатного полимера с техническим названием «WBK» с плотностью ρ=1,035 г/см3 и водородным показателем рН=6±0,5, карбоната натрия и воды; и комплексного наполнителя, состоящего из тонкомолотой электрофильтровой золы от сжигания сланцевых углей с величиной удельной поверхности, равной 360 м2/кг, и тонкомолотого известняка с величиной удельной поверхности, равной 280 м2/кг, а именно повышает гидратационную активность цемента и реакционную активность наполнителя, что приводит к образованию повышенного количества тоберморитоподобных гидросиликатов кальция разной основности и основного карбоната кальция, обеспечивая формирование прочных контактов между компонентами сырьевой смеси высокопрочного бетона и образованием при этом структуры бетона с повышенным содержанием мелких гелевых пор диаметром 0,0015-0,004 мк, следствием чего является повышение морозостойкости высокопрочного бетона.
По мнению авторов и заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском строительстве и при возведении ответственных сооружений специального назначения.
Пример конкретного выполнения
1. Приготовление золя кремниевой кислоты H2SiO3:
1.1. Дозируют натриевое жидкое стекло.
1.2. Дозируют воду.
1.3. Смешивают отдозированные компоненты по п. 1.1 и п. 1.2 до получения раствора с ρ=1,016 г/см3.
1.4. Раствор, приготовленный по п. 1.3, пропускают через катионитовую колонку, содержащую катионит КУ-2-8.
1.5. На выходе из колонки получают раствор золя H2SiO3, который имеет плотность ρ=1,014 г/см3 и значение рН=4±0,5, что и является готовым продуктом, представляющим золь кремниевой кислоты.
2. Приготовление добавки на основе поликарбоксилатного полимера:
2.1. Дозируют поликарбоксилатный полимер с техническим названием «WBK», весовая концентрация которого С=45%.
2.2. Дозируют воду.
2.3. Смешивают отдозированные по п. 2.1 и п. 2.2 компоненты до получения однородного раствора с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5.
2.4. Дозируют карбонат натрия.
2.5. Компоненты, приготовленные по п. 2.3, и отдозированный по п. 2.4 тщательно перемешиваются до получения однородного раствора.
3. Приготовление комплексного наполнителя:
3.1. Дозируют тонкомолотую электрофильтровую золу от сжигания сланцевых углей с величиной удельной поверхности, равной 360 м2/кг, химический состав которой представлен в таблице 1.
3.2. Дозируют тонкомолотый известняк с величиной удельной поверхности, равной 280 м2/кг.
3.3. Отдозированные компоненты по п. 3.1 и п. 3.2 транспортируют в смеситель для перемешивания сухих компонентов любой современной конструкции, используемой на заводе.
3.4. Все компоненты, находящиеся в смесителе, тщательно перемешиваются в течение 7 минут.
3.5. Комплексный наполнитель, приготовленный по п. 3.4, транспортируют в накопительную емкость.
4. Приготовление сырьевой смеси высокопрочного бетона.
4.1. Дозируют компоненты сырьевой смеси высокопрочного бетона: портландцемент, песок с модулем крупности 2,32, щебень фракции 5-20 мм, комплексный наполнитель.
4.1.1. Отдозированные компоненты по п. 4.1 транспортируют в бетоносмеситель любой современной конструкции, используемой на заводе.
4.2. Дозируют воду.
4.3. Дозируют золь кремниевой кислоты H2SiO3, приготовленный по п. 1.5.
4.4. Дозируют добавку на основе поликарбоксилатного полимера, приготовленную по п. 2.5.
4.5. Компоненты, отдозированные по п. 4.3 и п. 4.4, транспортируют в отдозированную воду по п 4.2.
4.6. Смесь, приготовленную по п. 4.5, транспортируют в бетоносмеситель.
4.7. Все компоненты, находящиеся в бетоносмесителе, тщательно перемешивают в течение 3 минут.
4.8. Приготовленную бетонную смесь подвергают испытанию по ГОСТ 10060-2012 на показатель морозостойкости, для этого изготавливают образцы-кубы размером 10×10×10 см.
4.9. Образцы для контроля морозостойкости хранят в нормальных условиях, при температуре 20±2 и влажности >95%. Определение морозостойкости осуществляют по ГОСТ 10060-2012 в возрасте 28 суток.
4.10. Готовую бетонную смесь транспортируют к месту изготовления изделий.
Исследуемые составы бетонной смеси и результаты по морозостойкости представлены в таблице 2.
Проведенные исследования показали, что морозостойкость высокопрочного бетона увеличивается на 50%.
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением водородного показателя рН=4±0,5, добавку и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве песка - кварцевый песок с модулем крупности 2,32; в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-20 мм и дополнительно содержит комплексный наполнитель, состоящий из тонкомолотой электрофильтровой золы от сжигания сланцевых углей с величиной удельной поверхности, равной 360 м2/кг, и тонкомолотого известняка с величиной удельной поверхности, равной 280 м2/кг, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Указанная зола | 17-20 |
| Указанный известняк | 80-83 |
и значение водородного показателя кремнеземсодержащего компонента составляет 4±0,5, а добавка состоит из водного раствора поликарбоксилатного полимера, имеющего техническое название «WBK» с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5, карбоната натрия и воды при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Водный раствор поликарбоксилатного полимера с техническим названием «WBK» плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6±0,5 | 20-21 |
| Карбонат натрия | 2,0-2,5 |
| Вода | 77,0-77,5 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:
| Портландцемент | 16,93-18,63 |
| Указанный песок | 30,40-30,77 |
| Указанный щебень | 42,20-42,54 |
| Кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением водородного показателя рН=4±0,5 | 0,18-0,20 |
| Указанный наполнитель | 3,11-3,39 |
| Указанная добавка | 0,15-0,17 |
| Вода | 5,33-6,00 |
