Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2425813:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к высокопрочному бетону и может найти применение в гражданском и промышленном строительстве, в том числе при монолитном строительстве и при бетонировании густоармированных конструкций, а также при возведении сооружений специального назначения. Технический результат - повышение плотности бетона, уменьшение водопоглощения. Высокопрочный бетон получен из сырьевой смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, представленную золем гидроокиси железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и микрокремнеземом, при соотношении компонентов добавки, мас.%: 45,50-46,00 и 54,00-54,50 соответственно, при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, 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. 9 ил., 1 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, монолитном строительстве, при бетонировании густоармированных конструкций, а также при возведении сооружений специального назначения.
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 ограниченное значение плотности.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, C04B 28/04, опубл. 20.07.2005 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем ортокремниевой кислоты с плотностью 1,014 г/см3, водородным показателем 5-6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.
Недостатком данного технического решения является ограниченное значение плотности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2323910, C04B 28/04, 22/06, 111/20, опубл. 10.05.2008 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, добавку - золь гидроокиси железа (III) с плотностью 1,018 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 23,6-26,9 |
| Песок | 23,7-25,2 |
| Щебень | 36,8-38,4 |
| Золь гидроокиси железа (III) с плотностью 1,018, | |
| водородным показателем 4,5-5,5 | 0,7-0,76 |
| Вода | 11,9-12,04 |
Недостатком данного технического решения является ограниченное значение плотности.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенным значением плотности и пониженным значением водопоглощения.
Технический результат достигается тем, что в высокопрочном бетоне, полученном из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, добавка является комплексной и состоит из золя гидроокиси железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и микрокремнезема, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Золь гидроокиси железа (III)
| плотностью 1,021 г/см3 | , |
| водородным показателем 4,5-5,5 | 45,50-46,00 |
| Микрокремнезем | 54,00-54,50 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, 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 |
Долговечный высокопрочный бетон должен быть относительно непроницаемым к внешним воздействиям. Проникание в бетон жидких веществ различной степени агрессивности определяется проницаемостью бетона, которая является одной из его важных характеристик.
В армированном бетоне проникание влаги и воздуха вызывает коррозию арматуры, которая увеличивается в объеме и, как следствие, приводит к растрескиванию и разрушению защитного слоя бетонной конструкции.
Движение воды сквозь толщу бетона обуславливается не только движением воды, но и градиентом влажности на противоположных поверхностях бетона, т.е. осмотическим эффектом.
В присутствии указанной комплексной добавки увеличивается плотность активированного цементного камня.
Калориметрические исследования твердеющей системы проведены для контрольной системы, состоящей из портландцемента ПЦ400 Д20 АО «Пикалевский цемент» и активированной цементной системы. В качестве активатора использована комплексная добавка - золь гидроксида железа (III) в сочетании с микрокремнеземом, с коллоидной частицей.
Данные проведенных калориметрических исследований представлены на фиг.1-9.
На фиг.1 показана кинетика тепловыделения при гидратации цемента без применения предлагаемой добавки (контрольный бетон) в течение 1 часа.
На фиг.2 показана кинетика тепловыделения прототипа в течение 1 часа.
На фиг.3 показана кинетика тепловыделения при гидратации цемента в разработанном бетоне с указанной комплексной добавкой в течение 1 часа.
Фиг.4-6 - продолжение фиг.1-3 на промежутке времени от 1 часа до 75 часов.
На фиг.1-6: W(t) - скорость теплового потока, мВт/ч; t - время, ч или мин.
Данные проведенных калориметрических исследований, представленных на фиг.1-6, показывают, что скорость тепловыделения в системе «портландцемент-(золь-добавка)» (фиг.3 и 6), также как и в случае чистого портландцемента (фиг.1 и 4) имеет два тепловых эффекта. Отличие состоит в том, что первый тепловой эффект в активированном бетоне (фиг.3), сопровождается большим выделением тепла на единицу продукции в одинаковый промежуток времени, равный 30 мин (фиг.1-3). Это обусловлено большим вовлечением в гидратационный процесс трехкальциевого алюмината (минерала портландцемента).
Второй тепловой эффект (фиг.4-6), который, как правило, обусловлен процессом гидратации трехкальциевого силиката, у активированного бетона (фиг.6) начинается на 2 часа 20 минут раньше, чем у контрольного бездобавочного состава (фиг.4). Это обусловлено, увеличением скорости взаимодействия основного минерала портландцемента, а именно, трехкальциевого силиката с водой в присутствии указанной комплексной золь-содержащей добавки.
Суммарные тепловыделения при гидратации цемента в процессе получения бетона показаны на фиг.7-9.
На фиг.7 показаны суммарные тепловыделения при гидратации цемента в процессе получения контрольного бетона.
На фиг.8 показаны суммарные тепловыделения при гидратации цемента в процессе получения прототипа.
На фиг.9 показаны суммарные тепловыделения при гидратации цемента в процессе получения разработанного бетона с указанной комплексной добавкой.
На фиг.7-9: Q - суммарные потери тепла, Дж/г; t - время, ч.
Суммарные потери тепла в возрасте 3-х суток у активированного бетона выше на 48,1% и составляют 158,0 Дж/г (фиг.9) относительно суммарного количества тепла, равного 106,7 Дж/г (фиг.7), у контрольного (бездобавочного) бетона. Следовательно, указанная комплексная добавка оказывает активирующее действие на получение бетона, то есть количество минералов портландцемента, вступающих в реакцию взаимодействия с водой, повышается и начало этого взаимодействия в присутствии указанной комплексной добавки является повышенным и ускоренным.
Использование данной комплексной зольсодержащей добавки обеспечивает повышение плотности бетона и уплотнение его структуры.
Плотность бетона, как характеристика его проницаемости, определялась по параметру водопоглощения, которое оценивалось в соответствии с ГОСТ 12730.3-78 на образцах размером 10×10×10 см. Полученные результаты представлены в таблице.
На дату подачи заявки, по мнению заявителя, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии золя гидроокиси железа (III) с плотностью 1,021 г/см3 и водородным показателем 4,5-5,5 и микрокремнезема, а именно, увеличивает плотность бетона, результатом чего является понижение водопоглощения бетона.
Смесь, включающая портландцемент, песок, щебень и предлагаемую комплексную добавку, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной плотностью, оцениваемой по значению водопоглощения в проектном возрасте (28 суток) активированного бетона, которое уменьшается на 11% и составляет значение 1,9% по сравнению с прототипом.
По мнению заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, монолитном строительстве, при бетонировании густоармированных конструкций, а также при возведении сооружений специального назначения.
Готовят сырьевую смесь следующим образом: к 100 см кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора хлорида железа. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидрооксида железа конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидрооксида железа имеет вишнево-коричневый цвет. Таким образом, получают золь гидроокиси железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5, который представляет собой жидкость вишнево-коричневого цвета.
Отдозированный золь гидроокиси железа (III) и микрокремнезем (сажа белая БС-50; ГОСТ 18307-78*) помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400 Д20, песок с модулем крупности 2,1, щебень фракции 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную комплексную 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, представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что плотность предлагаемого высокопрочного бетона по данному изобретению увеличивается за счет понижения его пористости, это видно по значению водопоглощения в проектном возрасте (28 суток) активированного бетона, которое уменьшается на 11% и составляет значение 1,9% по сравнению с прототипом.
Высокопрочный бетон, полученный из сырьевой смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что добавка является комплексной и состоит из золя гидроокиси железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и микрокремнезема при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Золь гидроокиси железа (III) с | |
| плотностью 1,021 г/см3 , | |
| водородным показателем 4,5-5,5 | 45,50-46,00 |
| Микрокремнезем | 54,00-54,50 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, 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 |
