Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2505500:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения, например гидросооружений. Высокопрочный бетон включает портландцемент, песок, щебень, добавку и воду. В качестве добавки использована комплексная добавка, состоящая из золя кремниевой кислоты SiO2×nH2O с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением pH=4, поликарбоксилатного полимера с плотностью ρ=1,012 г/см3 и pH=6 и сульфата калия K2SO4, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: указанный золь кремниевой кислоты 28,00-28,57; указанный поликарбоксилатный полимер 47,62-48,00; сульфат калия K2SO4 23,81-24,00, и следующем соотношении компонентов высокопрочного бетона, мас.%: портландцемент 15,77-17,02; песок 31,42-32,06; щебень 43,76-44,26; комплексная добавка 0,35-0,36; вода 7,45-7,55. Технический результат - повышение прочности бетона на растяжение при изгибе, а также повышение трещиностойкости. 1 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения, например гидросооружений.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (Ю.М.Баженов. Технология бетона. Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), М., 2002 г., с.377), содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, добавку и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и трещиностойкость бетона.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, C04B 28/04, C04B 111:20, 20.07.2005), содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, pH=5-6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и трещиностойкость бетона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2256630, C04B 28/04, C04B 111:20, 20.07.2005), содержащий портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, pH=5-6, добавку - калий железистосинеродистый K4Fe(CN)6 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 43,58-47,08 |
| Песок | 14,43-15,69 |
| Щебень | 25,7-27,84 |
| Кремнеземсодержащий компонент, | |
| представленный золем H2SiO3 | |
| плотностью ρ=1,014 г/см3, pH=6 | 0,25-0,27 |
| Добавка - калий | |
| железистосинеродистый K4Fe(CN)6 | 0,44-0,47 |
| Вода | 12,1-12,15 |
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на растяжение при изгибе и трещиностойкость бетона.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью на растяжение при изгибе и трещиностойкостью.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, комплексную добавку и воду. Новым по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что добавка представлена золем кремниевой кислоты SiO2×nH2O с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением pH=4, поликарбоксилатным полимером с плотностью ρ=1,012 г/см и pH=6 и сульфатом калия K2SO4, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
| Указанный золь кремниевой кислоты | 28,00-28,57 |
| Указанный поликарбоксилатный | |
| полимер | 47,62-48,00 |
| Сульфат калия K2SO4 | 23,81-24,00 |
и следующем соотношении компонентов высокопрочного бетона, мас.%:
| Портландцемент | 15,77-17,02 |
| Песок | 31,42-32,06 |
| Щебень | 43,76-44,26 |
| Указанная добавка | 0,35-0,36 |
| Вода | 7,45-7,55 |
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 золя кремниевой кислоты SiO2×nH2O с ρ=1,014 г/см3, характеризуемого значением pH=4, поликарбоксилатного полимера с ρ=1,012 г/см3, pH=6 и сульфата калия K2SO4, а именно увеличивает подвижность бетонной смеси, а также введение в бетонную смесь электролита сульфат калия K2SO4 способствует увеличению степени гидратации трехкальциевого алюмината (C3A) и трехкальциевого силиката, протекающему по реакции:
3Ca·SiO2+(n+1)H2O→2CaO·SiO2·nH2O+Ca(OH)2
в результате которого образуется повышенное количество гидролизной извести Са(OH)2, которая обладает повышенной реакционной способностью, особенно в момент образования, и способна вступать в химическое взаимодействие с золем кремниевой кислоты SiO2×nH2O по реакции:
Са(ОН)2+SiO2·nH2O→СаО·SiO2·nH2O
с образованием низкоосновных гидросиликатов, которые отличаются волокнистой структурой, оказывающей положительное влияние на прочность на растяжение при изгибе и, как следствие, на трещиностокость.
При этом следует отметить, что эффективность действия сульфата калия K2SO4 усиливается в присутствии поликарбоксилатного полимера. Присутствие указанных компонентов в составе добавки обеспечивает увеличение подвижности бетонной смеси, повышает гидратационную активность цемента и повышает реакционную активность вновь образующейся гидролизной извести с золем кремниевой кислоты, обеспечивая достижение сверхсуммарного эффекта по прочности на растяжение при изгибе и трещиностойкости.
По мнению заявителя и авторов, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в промышленном гражданском строительстве и при возведении сооружений специального назначения.
Пример конкретного выполнения
1. Приготовление добавки.
1.1. Приготовление золя кремниевой кислоты.
1.1.1. Дозируют натриевое жидкое стекло.
1.1.2. Дозируют воду.
1.1.3. Смешивают отдозированные компоненты по п.1.1 и п.1.2 до получения раствора с ρ=1,016 г/см3.
1.1.4. Раствор, приготовленный по п.1.3, пропускают через катионитовую колонку, содержащую катионит КУ-2-8.
1.1.5. На выходе из колонки получают раствор золя SiO2×nH2O, который имеет плотность ρ=1,014 г/см3, при этом готовым продуктом является золь со значением pH=4.
1.2. Приготовление добавки - поликарбоксилатного полимера.
1.2.1. Раствор поликарбоксилатного полимера концентрации 40% смешивают с водой до значения плотности раствора с ρ=1,012 г/см3 и значения pH=6.
1.3. Дозируют сульфат калия K2SO4, компоненты, приготовленные по п.1.1.5, п.1.2.1.
1.4. Транспортируют отдозированные компоненты в вертикальный овальный смеситель с тихоходной лопастной мешалкой и тщательно перемешивают в течение 30 мин.
1.5. Готовую добавку транспортируют в накопительную емкость.
2. Приготовление высокопрочного бетона.
2.1. Дозируют компоненты высокопрочного бетона: портландцемент, щебень, песок.
2.2. Отдозированные компоненты по п.2.1 транспортируют в бетоносмеситель любой современной конструкции, используемый на заводе.
2.3. Дозируют воду.
2.4. Дозируют добавку, приготовленную по п.1.6.
2.5. Добавку, отдозированную по п.2.4, транспортируют в отдозированную воду.
2.6. Воду с отдозированной добавкой, приготовленную по п.2.5,
транспортируют в бетоносмеситель.
2.7. Все компоненты, находящиеся в бетоносмесителе, тщательно перемешивают в течение ~ 3 минут.
2.8. Готовую бетонную смесь для высокопрочного бетона транспортируют к месту изготовления изделий.
2.9. Образцы для контроля физико-механических характеристик хранят в нормальных условиях. Определение физико-механических характеристик осуществляют следующим образом: прочность на сжатие и прочность на растяжение при изгибе определяют по ГОСТ 10180-90, коэффициент трещиностойкости Ктр определяют расчетно-эксперементальным путем по отношению Ктр=Rизг/Rсж.
Результаты по прочности бетона на растяжение при изгибе и трещиностойкости представлены в таблице.
Проведенные исследования показали, что использование указанной добавки обеспечивает повышение прочности при изгибе на 34%, следствием чего является повышение коэффициента трещиностойкости Ктр на 25%.
Высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве добавки использована комплексная добавка, состоящая из золя кремниевой кислоты SiO2×nH2O с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением pH=4, поликарбоксилатного полимера с плотностью ρ=1,012 г/см3 и pH=6 и сульфата калия K2SO4, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
| Указанный золь кремниевой кислоты | 28,00-28,57 |
| Указанный поликарбоксилатный | |
| полимер | 47,62-48,00 |
| Сульфат калия K2SO4 | 23,81-24,00 |
и следующем соотношении компонентов высокопрочного бетона, мас.%:
| Портландцемент | 15,77-17,02 |
| Песок | 31,42-32,06 |
| Щебень | 43,76-44,26 |
| Комплексная добавка | 0,35-0,36 |
| Вода | 7,45-7,55 |
