Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2781588:
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 при изготовлении сооружений специального назначения. Технический результат - повышение прочности на растяжение при изгибе и повышение морозостойкости высокопрочного бетона. Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающий портландцемент, песок с модулем крупности 2,3, щебень гранитной фракции 5-20 мм, добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,031 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,5 поликарбоксилата на основе сополимера метакриловой кислоты в сочетании с калиевыми солями внешних жирных кислот типа KC15H17COO калия и нанодисперсиями гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O с плотностью ρ=1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН=3,5, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: поликарбоксилат на основе сополимера метакриловой кислоты - 34,0-36,0; калиевая соль высшей жирной кислоты KC15H17COO - 9,0-9,5; указанные нанодисперсии гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O - 15,0-16,0; вода - 40,0-40,5; дополнительно содержит золу от сжигания коры древесины с удельной поверхностью 500 м2/кг и воду при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%: портландцемент - 15,46-17,0; указанный песок - 32,3-32,58; указанный щебень - 43,10-43,66; указанная добавка - 0,14-0,15; указанная зола - 1,56-1,88; вода - 5,9-6,27. 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, а также для изготовления сооружений специального назначения.
Известна смесь для изготовления высокопрочного бетона, состоящая из следующих компонентов, мас. %: портландцемент 22,48-28,61; песок 23,00-25,60; щебень 36,30-39,00; добавка 0,69-0,92; вода 11,40-12,00, используемая добавка состоит из следующих компонентов, мас. %: золь гидроксида железа (III) Fe(OH)3 с плотностью ρ = 1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН = 4,0-5,0 99,83-99,87; сульфат алюминия Al2(SO4)3 0,13-0,17 (Патент RU №2332388, С04В 40/00, С08В 22/08, С04В 111/20, С04В 111/27, 2008).
Недостатком данного технического решения является пониженное значение прочности на растяжение при изгибе, пониженное значение морозостойкости.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (Патент RU №2433099, С04В 22/06, С04В 111/20, 10.05. 2008), содержащая портландцемент, песок, щебень, добавку, состоящую из золя гидроксида железа (III) с плотностью ρ = 1,021 г/см3, водородным показателем рН = 4,5-5,5 и суперпластификатора Муропласт ФК 63 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 пониженное значение прочности на растяжение при изгибе и пониженное значение морозостойкости.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является смесь для изготовления высокопрочного бетона, содержащая портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с ρ = 1,014 г/см3, водородным показателем рН = 5,0-6,0, добавку «ДЭЯ-М»; воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 44,4-48,0; песок 20,0-22,2; щебень 20,0-22,2; указанный кремнеземсодержащий компонент 0,43-0,48; добавка «ДЭЯ-М» 0,43-0,48; вода 10,34-11,04 (Патент RU №2256629, С04В 28/04, С04В 111/20, 2005).
Недостатком данного технического решения является пониженное значение прочности на растяжение при изгибе и пониженное значение морозостойкости.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание сырьевой смеси, обеспечивающей создание высокопрочного бетона, обладающего повышенной прочностью на растяжение при изгибе и повышенным значением морозостойкости.
Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь для высокопрочного бетона, включающая портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, согласно изобретению, в качестве песка содержит песок с модулем крупности 2,3 в качестве щебня содержит щебень гранитный фракции 5-20 мм, в качестве добавки содержит водный раствор с плотностью ρ = 1,031 г/см3 и значением водородного показателя рН = 6,5, поликарбоксилата на основе сополимера метакриловой кислоты в сочетании с калиевыми солями высших жирных кислот, типа KC15H17COO и нанодисперсиями гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O с плотностью ρ = 1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН = 3,5 при следующем соотношении компонентов добавки, мас. %:
| - поликарбоксилат на основе сополимера метакриловой кислоты | 34,0-36,0 |
| - калиевая соль высшей жирной кислоты, KC15H17COO | 9,0-9,5 |
| - указанные нанодисперсии гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O | 15,0-16,0 |
| - вода | 40,0-40,5, |
дополнительно содержит золу от сжигания коры древесины с величиной удельной поверхности, 500 м2/кг, при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:
| - портландцемент | 15,46-17,0 |
| - указанный песок | 32,3-32,58 |
| - указанный щебень | 43,10-43,66 |
| - указанная добавка | 0,14-0,15 |
| - указанная зола | 1,56-1,88 |
| - вода | 5,9-6,27 |
Совместное использование поликарбоксилатного полимера на основе сополимера метакриловой кислоты и калиевой соли высшей жирной кислоты обеспечивает образование общей разветвленной цепи, которая обеспечивает армирование формирующейся структуры бетона, способствуя повышению прочности на растяжение при изгибе, начиная с раннего возраста (7 суток).
Нанодисперсии гидродиоксида кремния, обладая повышенной реакционной активностью за счет особых свойств поверхности, вступают в реакции синтеза с гидросиликатами кальция, образующимися при гидратации цемента, обеспечивая образование новых фаз, представленных низкоосновными гидросиликатами кальция, которые имеют волокнистую структуру и оказывает положительное влияние на повышение прочности на растяжение при изгибе в более позднем возрасте от 7 до 28 суток. Образование повышенного количества гидросиликатов, а также присутствие тонкодисперсной золы оказывают положительное влияние на повышение плотности формирующейся структуры бетона, способствуя повышению морозостойкости бетона.
Физико-химическими исследованиями установлено, что нанодисперсии гидродиоксида кремния вступают в реакции синтеза не только с гидросиликатами кальция, но и с образовавшейся в процессе гидратации портландцемента гидролизной известью, Са(ОН)2, оказывая положительное влияние на уплотнение структуры бетона, и как следствие, на повышение его морозостойкости.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство при совместном использовании добавки состоящей из поликар-боксилатного полимера на основе сополимера метакриловой кислоты в сочетании с калиевой солью высшей жирной кислоты, KC15H17COO и нано-дисперсиями гидродиоксида кремния при дополнительном использовании золы от сжигания коры древесины, обеспечивая получение сверхсуммарного эффекта, который заключается в создании высокопрочного бетона, отличающегося повышенной прочностью на растяжение при изгибе, повышенной плотностью и обладающего повышенной морозостойкостью.
Смесь, включающая портландцемент, песок с модулем крупности 2,3; щебень фракции 5-20 мм, добавку, состоящую из водного раствора с плотностью ρ = 1,031 г/см3 и значением водородного показателя рН = 6,5, поликарбоксилатного полимера на основе сополимера метакриловой кислоты в сочетании с калиевой солью высшей жирной кислоты, KC15H17COO и нанодисперсиями гидродиоксида кремния с ρ = 1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН = 3,5, дополнительное использование золы от сжигания коры древесины с удельной поверхностью 500 м2/кг обеспечивает получение высокопрочного бетона, обладающего повышенной прочностью на растяжение при изгибе и повышенной морозостойкостью.
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 изделий специального назначения.
Пример конкретного выполнения.
Готовят сырьевую смесь следующим образом:
1. Приготовление добавки:
1.1. Дозируют поликарбоксилатный полимер на основе сополимера малеиновой кислоты.
1.2. Дозируют калиевую соль высшей жирной кислоты KC15H17COO.
1.3. Дозируют нанодисперсии гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O с плотностью ρ = 1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН = 3,5
1.4. Дозируют воду.
1.5. Все компоненты, отдозированные по п.п. 1.1.-1.4. транспортируют в лопастной смеситель, где перемешивают отдозированные компоненты в течение 30 мин. и после этого осуществляют контроль плотности водного раствора добавки и значение водородного показателя, обеспечивая получение показателя плотности водного раствора ρ = 1,031 г/см3 и значение рН = 6,5, готовую к употреблению добавку транспортируют в накопительную емкость.
2. Приготовление смеси для высокопрочного бетона.
2.1. Дозируют портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ГОСТ 31108-2016;
2.2. Дозируют песок с модулем крупности 2,3;
2.3. Дозируют щебень фракции 5-20 мм;
2.4. Дозируют золу от сжигания коры древесины с удельной поверхностью 500 м2/кг;
2.5. Дозируют воду;
2.6. Дозируют добавку, приготовленную по п. 1.5. и транспортируют ее в отдозированную воду.
2.7. Все компоненты, отдозированные по п.п. 2.1.-2.6. транспортируют в бетоносмеситель любой модификации, используемый на действующем производстве, до получения однородной, без комков, бетонной смеси, которую используют для изготовления изделий из высокопрочного бетона.
Определение прочности на растяжение при изгибе производилось по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Для этого изготавливались образцы-балки размером 100×100×400 мм.
Морозостойкость определяли по ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости», для этого изготавливали образцы-кубы размером 100×100×100 мм.
Твердение всех образцов осуществлялось в нормальных условиях, в соответствии с ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» п. 4.3.
Составы бетона и полученные результаты представлены в таблице 1 и таблице 2.
По результатам исследований, представленным в таблице 2 установлено, что прочность на растяжение при изгибе повысилась на 43-46% и морозостойкость в 2 раза по отношению к прототипу.
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающий портландцемент, песок, 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 водный раствор с плотностью ρ=1,031 г/см3 и значением водородного показателя рН=6,5 поликарбоксилата на основе сополимера метакриловой кислоты в сочетании с калиевыми солями высших жирных кислот типа KC15H17COO и нанодисперсиями гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O с плотностью ρ=1,021 г/см3 и значением водородного показателя рН=3,5 при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
| поликарбоксилат на основе сополимера метакриловой кислоты | 34,0-36,0 |
| калиевая соль высшей жирной кислоты KC15H17COO | 9,0-9,5 |
| указанные нанодисперсии гидродиоксида кремния SiO2⋅nH2O | 15,0-16,0 |
| вода | 40,0-40,5, |
дополнительно содержит золу от сжигания коры древесины с величиной удельной поверхности 500 м2/кг при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:
| портландцемент | 15,46-17,0 |
| указанный песок | 32,3-32,58 |
| указанный щебень | 43,10-43,66 |
| указанная добавка | 0,14-0,15 |
| указанная зола | 1,56-1,88 |
| вода | 5,9-6,27 |
