Способ изготовления бетонных изделий
Владельцы патента RU 2631442:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов 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 изготавливаемого бетонного изделия. Способ изготовления бетонных изделий включает формование изделия, пропитку изделия с последующим твердением, причем пропитку осуществляют в растворе, состоящем из, мас. %: жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3 и водородным показателем pH=12 77,00 81,00; золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3 и водородным показателем pH=4,5-5,5 19,00-23,00, в течение 72 часов при температуре 20-30°C. 2 табл.
Изобретение относится к области производства строительных конструкций, а именно к способам изготовления изделий из бетона и железобетона, и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Известен способ изготовления бетонных изделий (Баженов Ю.М. Технология бетона. М. - 2002. С. 331-332), включающий сушку бетонных изделий, вакуумирование, пропитку мономером и полимеризацию, в котором полимеризацию жидкого мономера осуществляют непосредственно в теле бетона термокаталитическим способом. После пропитки бетона изделие или конструкцию нагревают до 70-120°C и через несколько часов жидкий мономер превращается в твердый полимер, плотно заклеивая все поры бетона. В качестве мономера используют метилметакрилат в количестве 2-5% по массе бетона или 4-10% по объему бетона. Метилметакрилат является легкоиспаряющимся веществом, поэтому обработку им бетонного изделия проводят в закрытых контейнерах, заворачивая или покрывая изделия непроницаемыми пленками, погружая в метилметакрилат.
Недостатком данного технического решения является повышенное значение водопоглощения изготовленного бетонного изделия.
Известен способ изготовления бетонных изделий (SU 800169, C04B 41/63, опубл. 30.01.1981 г.), включающий формование и твердение изделий, последующую их пропитку раствором электролита при воздействии постоянным током. При этом способе с целью повышения прочности и термической стойкости бетонных изделий пропитку осуществляют раствором жидкого стекла при воздействии постоянным током плотностью 1,25-2,00 А/дм2 в течение 10-20 мин.
Недостатком данного технического решения является повышенное значение водопоглощения изготовленного бетонного изделия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления бетонных изделий (SU 500210, C04B 41/63, опубл. 19.04.1976 г.), в котором пропитку осуществляют в водном растворе дивинилстирольного латекса, а именно латекса СКС-65ГП, с содержанием сухих веществ 6-10%. Раствор латекса проникает в поры затвердевшего бетона, вступает в химическое воздействие с минералами цементного камня, в результате чего продукты химического взаимодействия заполняют поры бетона, понижая его общую пористость, что увеличивает коррозионную стойкость бетона и его прочность.
Недостатком данного технического решения является повышенное значение водопоглощения изготовленного бетонного изделия.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение водопоглощения изготавливаемого бетонного изделия.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления бетонных изделий, включающем формование изделия, пропитку изделия с последующим твердением, пропитку осуществляют в растворе, состоящем из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=4,5-5,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Жидкое натриевое стекло | |
| плотностью ρ=1,45 г/см3, | |
| водородным показателем pH=12 | 77,00-81,00 |
| Золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 | |
| с плотностью ρ=1,021 г/см3, | |
| водородным показателем pH=4,5-5,5 | 19,00-23,00 |
в течение 72 часов при температуре 20-30°C.
Идея технологии пропитки бетонных изделий зольсодержащими растворами состоит в следующем. Бетонные изделия из цементных бетонов представляют собой капиллярно-пористое тело, способное осуществлять капиллярный подсос зольсодержащего раствора, а зольсодержащий раствор, на примере раствора золя метакремниевой кислоты, способен к взаимодействию с составляющими бетонного изделия (см. табл.1).
После поглощения бетонным изделием зольсодержащих растворов осуществляются реакции, которые приводят к понижению уровня свободной энергии твердеющей системы (энергии Гиббса , кДж) за счет роста количества новых гидратных фаз в искусственном камне. В соответствии с законом сохранения энергии часть энергии химического процесса трансформируется в физико-механические и деформативные характеристики камня: прочность при сжатии, прочность на растяжение при изгибе и т.д. Это происходит за счет увеличения количества гидратных фаз и увеличения удельной прочности, т.е. коэффициента конструктивного качества материала.
Исходя из вышесказанного видно, что есть взаимосвязь между уровнем понижения энергии в твердеющей системе и показателями улучшения механических свойств бетонного изделия за счет капиллярного подсоса с последующим взаимодействием частиц раствора с составляющими бетона.
В качестве показателя улучшения свойств выбран уровень понижения свободной энергии Гиббса, 
[кДж], который, как известно, характеризует ту часть изменения энергии системы, которая может превратиться в полезную работу. В данном случае превращение происходит в работу по увеличению физико-механических свойств бетонного изделия. Можно сделать вывод, что капиллярный подсос зольсодержащего раствора в бетонном изделии влияет на свойства поверхностей и на механические свойства всего бетонного изделия.
Таким образом, рассматриваемый энергетический аспект связан с представлениями о понижении свободной энергии Гиббса 
процессов взаимодействия составляющих бетонного изделия как своего рода мере повышения полезной работы системы и как основы достижения положительного изменения физико-механических характеристик.
Пример 1. Осуществление предлагаемого способа заключается в том, что в лабораторной бетономешалке готовят бетонную смесь следующего состава, кг/м3:
Цемент (портландцемент ПЦ400 Д20)=600 кг;
Песок карьерный с модулем крупности Мкр. 2,26=610 кг;
Щебень гранитный фракции 5-10 мм=914 кг;
Вода=276 кг;
Водоцементное отношение (В/Ц)=0,46.
Из этой смеси согласно ГОСТ 12730.3-78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения» формуют образцы-кубы размером 10×10×10 см.
Бетонные изделия после набора распалубочной прочности помещают в ванну с раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=4,5, пропитывают в этом растворе в течение 72 часов при температуре 20°C.
Пример 2. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=5,0, в течение 72 часов при температуре 20°C.
Пример 3. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=5,5, в течение 72 часов при температуре 20°C.
Пример 4. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.
Пример 5. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем рН=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH - 5,0, в течение 72 часов при температуре 25°C.
Пример 6. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=5,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.
Пример 7. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.
Пример 8. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=5,0, в течение 72 часов при температуре 30°C.
Пример 9. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют, как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем pH=5,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ изготовления бетонных изделий неизвестен 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.
После окончательного выдерживания образцов, подвергнутых тепловой обработке, в возрасте 28 суток производят их испытание в соответствии с ГОСТ 12730.3-78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения», результаты испытаний представлены в таблице 2.
Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает, что предлагаемый способ изготовления бетонных изделий по данному изобретению уменьшает водопоглощение бетона на 8% до значения 2,5% по сравнению с прототипом.
Способ изготовления бетонных изделий, включающий формование изделия, пропитку изделия с последующим твердением, отличающийся тем, что пропитку осуществляют в растворе, состоящем из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см3, водородным показателем рН=12 и золя гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем рН=4,5-5,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Жидкое натриевое стекло | |
| плотностью ρ=1,45 г/см3, | |
| водородным показателем рН=12 | 77,00-81,00 |
| Золь гидроксида железа(III) Fe(OH)3 | |
| с плотностью ρ=1,021 г/см3, | |
| водородным показателем рН=4,5-5,5 | 19,00-23,00 |
в течение 72 часов при температуре 20-30°C.
