Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2515261:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
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. Технический результат - уменьшение истираемости бетона. Высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, представленную золем гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и добавкой Sika PerFin 300, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 14,50-15,00 и 85,00-85,50 соответственно, при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%: портландцемент 21,20-28,00; песок 21,80-24,70; щебень 42,40-44,50; указанная добавка 0,10-0,30; вода 7,70-9,30. 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. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), 2002 г., с.377), содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, добавку и воду.
Недостатком данного технического решения является повышенное значение истираемости бетона.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, С04В 28/04, опубл. 20.07.2005г.), 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 повышенное значение истираемости бетона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, №2323910, С04В 28/04, 22/06, 111/20, опубл.: 10.05.2008 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, добавка является комплексной и состоит из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и суперпластификатора Мурапласт ФК 63 на основе поликарбоксилатов, выпускаемый чехословацкой компанией (DIN EN ISO 9001) при следующем соотношении компонентов мас.%:
| Золь гидроксида железа (III) с | |
| плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным | |
| показателем 4,5-5,5 | 85,50-86,00 |
| Суперпластификатор Мурапласт ФК 63 | 14,00-14,50 |
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 |
Недостатком данного технического решения является повышенное значение истираемости бетона.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с пониженным значением истираемости.
Технический результат достигается тем, что высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, состоящую из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и пластификатора, отличающийся тем, что в качестве пластификатора содержит добавку Sika Perfin 300 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Золь гидроксида железа (III) с | |
| плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным | |
| показателем 4,5-5,5 | 14,50-15,00 |
| Добавка Sika PerFin 300 | 85,00-85,50 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:
| Портландцемент | 21,20-28,00 |
| Песок | 21,80-24,70 |
| Щебень | 42,40-44,50 |
| Указанная добавка | 0,10-0,30 |
| Вода | 7,70-9,30 |
Разработанная комплексная добавка дает сверхсуммарный эффект при производстве высокопрочного бетона, который выражается в том, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению обладает пониженной истираемостью в проектном возрасте.
Проведенные комплексные физико-химические исследования показали, что в присутствии указанной комплексной добавки увеличивается гидратационная активность цемента. В основном наблюдается усиление степени гидратации трехкальциевого силиката C3S, следствием чего является повышение прочности и понижение истираемости разработанного бетона.
Для силикатной составляющей наблюдаются следующие изменения: значительно уменьшаются линии при d/n=(2,75; 2,73; 2,60; 2,18; 1,94; 1,76)×10-10 м, характерные для алита, основного минерала портландцемента, а также наблюдается увеличение рефлексов при d/n=(4,93; 2,63; 1,93)×10-10 м, относящихся к образованию гидроокиси кальция и увеличению рефлексов при d/n=(3,07; 2,80; 2,40; 2,10)×10-10 м, соответствующих образованию тоберморитоподобных гидросиликатов. Таким образом, предлагаемая комплексная добавка оказывает основное влияние на гидратационную активность только силикатной составляющей портландцемента.
Использование данной комплексной зольсодержащей добавки обеспечивает уплотнение структуры искусственного камня и понижение истираемости, так как предлагаемая комплексная добавка обладает повышенным активирующим эффектом действия, обеспечивая повышение гидратационной активности цементсодержащей твердеющей системы.
Преимущества использования указанной комплексной добавки по сравнению с контрольным бездобавочным составом и прототипом состоят в следующем:
- значительное снижение количества воздушных пор в бетоне и как результат отсутствие раковин и др. дефектов на поверхности бетона;
- обеспечение высокого качества поверхности;
- отсутствие негативного влияния на свойства бетонной смеси и бетона;
- возможность изготовления высококачественного архитектурного бетона;
- снижение или исключение затрат на последующую доводку и ремонт конструкций или железобетонных изделий.
Оценка истираемости бетона, активированного предлагаемой комплексной добавкой, проводилась в последовательности, описанной ниже.
От твердости материала зависит его истираемость: чем выше твердость, тем меньше истираемость. Истираемость - это способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.
Для определения истираемости материалов применяли специальную машину-круг истирания типа ЛКИ-3 (ГОСТ 13087-81) и изготавливали образцы размером 10×10×10 см. Истираемость, г/см2, оценивают потерей первоначальной массы образца материала к площади поверхности истирания и вычисляют по формуле:
где m1 - масса образца до испытаний, г;
m2 - то же, после испытаний при прохождении образцом (4×150) м=600 м пути испытания, где 150 м соответствует одному циклу испытания;
F - площадь поверхности образца, см2.
В качестве абразивного материала использовалось шлифзерно №16 в соответствии с ГОСТ 3647-80, которое заменялось 5 раз для каждого цикла, т.е. через каждые 30 м пути испытания. Испытанию на истираемость подвергались образцы в возрасте 28 суток, твердение которых осуществлялось в нормальных условиях. Сравнительная оценка истираемости контрольного и активированного бетона, полученные результаты представлены в таблице.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителей, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
Добавка Sika Perfin 300 представлена жидкостью светло-желтого цвета на основе модифицированного многоатомного спирта с плотностью ρ=1,000 г/см3, водородным показателем 3,2-4,2 (согласно паспорту изготовителя ООО «Зика», структурного подразделения швейцарского концерна Sika).
Эффективность добавки Sika PerFin-300 зависит от рецептуры бетона, от типа опалубки и смазки опалубки, она не содержит хлоридов и других веществ, вызывающих коррозию стали, ее можно применять при изготовлении железобетонных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии комплексной добавки, состоящей из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3 и водородным показателем 4,5-5,5 и добавки Sika Perfin 300, увеличивает гидратационную активность цемента, результатом чего является понижение истираемости бетона по сравнению с прототипом.
Смесь, включающая портландцемент, песок и щебень и предлагаемую комплексную добавку, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого пониженной истираемостью в проектном возрасте (28 суток) на 14% до значения 0,23 г/см2 по сравнению с прототипом.
По мнению заявителей и авторов, 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 см3 кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора хлорида железа. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа (III) конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа (III) имеет вишнево-коричневый цвет.
Отдозированные золь и добавку Sika Perfin 300 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 истираемости.
Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях, и результаты испытаний согласно ГОСТ 13087-81, ГОСТ 3647-80 представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению понижает истираемость в проектном возрасте (28 суток) на 14% до значения 0,23 г/см2 по сравнению с прототипом.
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, состоящую из золя гидроксида железа (III) с плотностью, равной 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 и пластификатором, отличающийся тем, что в качестве пластификатора содержит добавку Sika Perfin 300 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Золь гидроксида железа (III) с | |
| плотностью ρ=1,021 г/см3, водородным | |
| показателем 4,5-5,5 | 14,50-15,00 |
| Добавка Sika PerFin 300 | 85,00-85,50 |
при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:
| Портландцемент | 21,20-28,00 |
| Песок | 21,80-24,70 |
| Щебень | 42,40-44,50 |
| Указанная добавка | 0,10-0,30 |
| Вода | 7,70-9,30 |
