Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2778220:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочного бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также для изготовления конструкций специального назначения. Технический результат - повышение прочности на растяжение при изгибе и понижение истираемости. Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, содержит песок с модулем крупности 2,3; щебень гранитный фракции 5-20 мм, комплексную добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0, состоящую из поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером из акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты; золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см3 и значением водородного показателя рН=4,0, формиата калия, KHCO2, и воды, при следующем соотношении компонентов, мас. %: поликарбоксилатный полимер, представленный сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты 22,0-25,0; золь кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см3 и значением водородного показателем рН=4,0 5,0-6,0; формиат калия, KHCO2, 6,0-7,0; вода 64,0-65,0, дополнительно содержит тонкодисперсный металлургический шлак с удельной поверхностью Sуд.=400 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 15,46-18,00; указанный шлак 2,25-2,42; указанный песок 33,20-34,00; указанный щебень 40,4-41,6; указанная комплексная добавка 0,15-0,16; вода 6,0-6,36. 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также для изготовления конструкций специального назначения.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, №2332379, С04В 28/04, 27.08.2008), содержащая: портландцемент, песок, щебень, добавку, состоящую из золя берлинской лазури с плотностью ρ=1,013 г/см3, рН=4,7-5,3 при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 22,40-28,30; песок - 23,60-26,00; щебень - 36,40-39,00; указанная добавка - 0,06-0,08 и вода - 11,64-11,92.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и повышенная истираемость высокопрочного бетона.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, №2433099, С04В 22/06, С04В 111/20; 10.05.2008 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, добавку, состоящую из золя гидроокиси железа (III) с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем рН=4,5-5,5 и суперпластификатора Муропласт ФК63 при следующем соотношении компонентов, мас. %: золь гидроокиси железа (III) с плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным показателем рН=4,5-5,5 - 85,50-86,00, суперпластификатора Муропласт ФК63 - 14,0-14,50, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 20,60-27,40; песок - 21,80-24,70; щебень - 42,40-44,50; указанная добавка - 0,70-0,90; вода - 7,70-9,30.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и повышенная истираемость высокопрочного бетона.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является высокопрочный бетон (RU, №2256630 С04В 28/04, 20.07.2005), содержащий портландцемент, песок; щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН=5-6, добавку - калий железистосинеродный [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 кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, рН=5…6-0,25-0,27; добавка - калий железистосинеродный [K4Fe(CN)6] - 0,44-0,47; вода - 12,1-12,5.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и повышенная истираемость высокопрочного бетона.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью на растяжение при изгибе и пониженным значением истираемости.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, содержит в качестве песка - песок с модулем крупности 2,3; в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-20 мм; в качестве добавки - содержит комплексную добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,035 г/см3 и водородным показателем рН=6,0, состоящую из поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты; золя кремниевой кислоты с ρ=1,023 г/см3 и значением водородного показателем рН=4,0 и формиата калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| - поликарбоксилатный полимер, | |
| представленный сополимером акриловой | |
| кислоты и этилового эфира | |
| метакриловой кислоты | 22,0-25,0 |
| - золь кремниевой кислоты | |
| с плотностью ρ=1,023 г/см3 и | |
| значением водородного | |
| показателем рН=4,0 | 5,0-6,0 |
| - формиат калия, KHCO2 | 6,0-7,0 |
| - вода | 64,0-65,0, |
дополнительно содержит тонкодисперсный металлургический шлак с удельной поверхностью Syд.=400 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| - портландцемент | 15,46-18,00 |
| - указанный шлак | 2,25-2,42 |
| - указанный песок | 33,20-34,00 |
| - указанный щебень | 40,4-41,6 |
| - указанная комплексная добавка | 0,15-0,16 |
| - вода | 6,0-6,36 |
Указанная комплексная добавка, представленная водным раствором с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0 способствует повышению гидратационной активности цемента. Это происходит вследствие того, что электролит, представленный формиатом калия, KHCO2, катион которого K(1) имеет большой радиус и как следствие маленькую гидратную оболочку, что способствует повышенной подвижности катиона и его способности проникать вглубь конгломератов основных минералов портландцемента, диспернируя их и, таким образом, обеспечивая доступ воды к большему количеству молекул минералов портландцемента, вовлекая, таким образом, повышенное количество молекул основных минералов портландцемента в гидратационные процессы.
Кроме того, присутствие в составе комплексной добавки золя кремниевой кислоты, за счет особых свойств поверхности нанодисперсий диоксида кремния, SiO2, входящих в состав золя, повышает гидратационную активность цемента и дополнительно вступает в реакции синтеза с продуктами гидратации портландцемента, способствуя образованию новых фаз, например, труднорастворимых комплексных гидратных соединений, представленных, низкоосновными гидросиликатами типа гиролита, 2СаО⋅3SiO2⋅2H2O, имеющих волокнистую или игольчатую структуру.
Образование повышенного количества гидратных соединений обеспечивает образование новых контактов между компонентами бетонной смеси и, как следствие, формированию прочной структуры, что способствует повышению прочности на сжатие. Образование низкоосновных гидросиликатов оказывает положительное влияние на повышение прочности на растяжение при изгибе. Компоненты добавки обладают хорошей совместимостью и усиливают эффективность действия каждого компонента, обеспечивая образование повышенного количества гидратных соединений, в том числе низкоосновных гидросиликатов, обладающих повышенной твердостью, которая соответствует значению 4-5 единиц по шкале Мооса, все вышесказанное способствует формированию плотной структуры бетона, характеризуемой пониженной истираемостью.
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 комплексной добавки с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0, состоящей из поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см3, значением водородного показателя рН=4,0 и формиата калия, а именно, увеличивает прочность на растяжение при изгибе на 46%, уменьшает истираемость бетона на 35% до значения 0,5 г/см2.
Смесь, включающая портландцемент, песок с модулем крупности 2,3, щебень фракции 5-20 мм, комплексную добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0, состоящую из поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты; золя кремниевой кислоты с плотностью р=1,023 г/см3, значением водородного показателя рН=4,0 и формиата калия обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью на растяжение при изгибе и пониженным значением истираемости.
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 изготовлении конструкций специального назначения.
Пример конкретного выполнения.
Готовят сырьевую смесь следующим образом:
1. Приготовление комплексной добавки с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0.
1.1. Дозируют поликарбоксилатный полимер, представленный сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты.
1.2. Дозируют золь кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см3 и значением водородного показателя рН=4,0.
1.3. Дозируют формиат калия.
1.4. Дозируют воду
1.5. Смешивают отдозированные компоненты (по п. 1.1-1.4) при помощи лопастной мешалки до получения однородного раствора с плотностью ρ=1,035 г/см3, значением водородного показателя рН=6,0.
2. Приготовление сырьевой смеси для высокопрочного бетона.
2.1. Дозируют портландцемент М500Д0.
2.2. Дозируют песок с модулем крупности 2,3.
2.3. Дозируют гранитный щебень фракции 5-20 мм.
2.4. Дозируют добавку, приготовленную по п. 1.5.
2.5. Дозируют воду.
2.6. Смешивают все компоненты, отдозированные по п. 2.1-2.5 в бетоносмесителе любой модификации, используемом на действующем производстве до получения однородной, без комков, подвижной смеси, которую используют по назначению для изготовления конструкций из высокопрочного бетона и из которой изготавливают образцы-кубы размером 7,07×7,07×7,07 см для определения истираемости бетона и образцы-призмы квадратного сечения размером 10×10×40 см для определения прочности на растяжение при изгибе. После изготовления все образцы хранили в нормальных условиях (при температуре t=20±2°C и влажности W≥95%) в течение 28 суток. Определение прочности на растяжение при изгибе осуществлялось по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Определение истираемости производилось по ГОСТ 13087-2018 «Бетоны. Методы определения истираемости».
По результатам исследования установлено, что прочность на растяжение при изгибе повысилась на 46% относительно прототипа и истираемость уменьшилось на 35%.
Полученные результаты представлены в таблице.
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, гранитный щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве песка содержит песок с модулем крупности 2,3; в качестве щебня содержит щебень гранитный фракции 5-20 мм, в качестве добавки содержит комплексную добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,035 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,0, состоящую из поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером из акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты; золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см3 и значением водородного показателя рН=4,0, формиата калия, KHCO2, и воды, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| поликарбоксилатный полимер, | |
| представленный сополимером акриловой | |
| кислоты и этилового эфира | |
| метакриловой кислоты | 22,0-25,0 |
| золь кремниевой кислоты с плотностью | |
| ρ=1,023 г/см3 и значением водородного | |
| показателем рН=4,0 | 5,0-6,0 |
| формиат калия, KHCO2 | 6,0-7,0 |
| вода | 64,0-65,0, |
дополнительно содержит тонкодисперсный металлургический шлак с удельной поверхностью Sуд.=400 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| портландцемент | 15,46-18,00 |
| указанный шлак | 2,25-2,42 |
| указанный песок | 33,20-34,00 |
| указанный щебень | 40,4-41,6 |
| указанная комплексная добавка | 0,15-0,16 |
| вода | 6,0-6,36 |
