Высокопрочный бетон
Владельцы патента RU 2559254:
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, а также при возведении сооружений специального назначения. Высокопрочный бетон из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, добавку и воду, содержит песок с модулем крупности Мкр.=2,4, щебень фракции 5-10 мм, в качестве кремнеземсодержащего компонента - золь H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и pH=4±0,5, а в качестве добавки - водный раствор с плотностью ρ=1,0,35 г/см3 и pH=6,5±0,5, состоящий из смеси поликарбоксилатных полимеров: поликарбоксилатного полимера на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5, поликарбоксилатного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5; глюконата натрия, C6H11NaO7; формиата натрия (HCOONa) и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: поликарбоксилатный полимер на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5 - 11,0-14,0; поликарбоксилатный полимер на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5 - 10,0-10,5; глюконат натрия, C6H11NaO7 - 2,0-2,5; формиат натрия (HCOONa) - 2,5-3,0; смесь поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0 - 8,5-9,0, вода - 63,0-64,0 при указанном соотношении компонентов бетонной смеси для высокопрочного бетона . 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления 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), Москва, 2002 г. с. 377), содержащая портландцемент, кремнеземсодержащий компонент, песок, щебень, силикатную муку, добавку и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная скорость набора прочности при отрицательной температуре.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, №2256629, C04B 28/04, C04B 111:20, 20.07.2005 г.), 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 скорость набора прочности при отрицательной температуре.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, №2256630, C04B 28/04, C04B 111:20, 20.07.2005 г.), 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 | 25,70-27,84 |
| Кремнеземсодержащий компонент, | |
| представленный золем H2SiO3 с | |
| плотностью ρ=1,014 г/см3, pH=5-6 | 0,25-0,27 |
| Добавка - калий | |
| железистосинеродистый K4Fe(CN)6 | 0,44-0,47 |
| Вода | 12,10-12,15 |
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной скоростью набора прочности при отрицательной температуре.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон состоит из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, добавку и воду. Новым по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что песок представлен кварцевым песком с модулем крупности, Мкр.=2,4; щебень представлен гранитным щебнем фракции 5-10 мм, кремнеземсодержащий компонент представлен золем H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3, значением pH=4±0,5, и добавка, представленная водным раствором, с плотностью ρ=1,035 г/см3 и pH=6,5±0,5, состоящим из смеси поликарбоксилатных полимеров: поликарбоксилатного полимера на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3, pH=7±0,5 и поликарбоксилатного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5, глюконата натрия, C6H11NaO7; формиата натрия (HCOONa), смеси поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0 и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Поликарбоксилатный полимер | |
| на основе метакриловой кислоты | |
| с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5 | 11,0-14,0 |
| Поликарбоксилатный полимер | |
| на основе эфира аллила и | |
| ангидрита малеиновой кислоты | |
| с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5 | 10,0-10,5 |
| Глюконат натрия, C6H11NaO7 | 2,0-2,5 |
| Формиат натрия, HCOONa | 2,5-3,0 |
| Смесь поверхностно-активных веществ на основе | |
| этоксилированных жирных спиртов и | |
| разветвленных алкилсульфатов | 8,5-9,0 |
| Вода | 63,0-64,0, |
при следующем соотношении компонентов бетонной смеси для высокопрочного бетона, мас.%:
| Портландцемент | 17,4-19,2 |
| Указанный щебень | 42,4-42,8 |
| Указанный песок | 33,0-33,2 |
| Указанный кремнеземсодержащий компонент | 0,2-0,4 |
| Указанная добавка | 0,2-0,4 |
| Вода | 5,0-5,8 |
Совместное присутствие добавки, состоящей из смеси поликарбоксилатных полимеров - поликарбоксилатного полимера на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5, и поликарбоксилатного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5; глюконата натрия, C6H11NaO7; формиата натрия (HCOONa), смеси поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0 и воды в сочетании с золем кремниевой кислоты способствует повышению в 2 раза скорости набора прочности при сжатии при отрицательной температуре, относительно прототипа.
Под действием смеси поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов в твердеющей системе происходит структурирование воды, в результате чего повышается подвижность протона водорода в системе водородных связей и движение протона, по так называемому эстафетному механизму, что усиливает гидратационные процессы цементсодержащей системы в результате смещения кислотно-основного равновесия системы.
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 с плотностью ρ=1,014 г/см3 характеризуемого значением pH=4±0,5, и добавки с плотностью ρ=1,035 г/см3 и pH=6,5±0,5, представленной смесью поликарбоксилатных полимеров: поликарбоксилатного полимера на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5, и поликарбоксилатного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5; глюконата натрия, C6H11NaO7; формиата натрия (HCOONa), смеси поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0 и воды, а именно, увеличивает скорость набора прочности при сжатии при отрицательной температуре, увеличивая рост прочности при сжатии в 2 раза относительно прототипа.
По мнению авторов и заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.
Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском строительстве и при монолитном возведении сооружений специального назначения.
Пример конкретного выполнения.
1. Приготовление золя кремниевой кислоты:
1.1. Дозируют натриевое жидкое стекло;
1.2. Дозируют воду;
1.3. Смешивают отдозированные компоненты по п. 1. и п. 2. до получения раствора с ρ=1,016 г/см3;
1.4. Раствор, приготовленный по п. 1.3. пропускают через катионитовую колонку, содержащую катионит КУ-2-8;
1.5. На выходе из колонки получают раствор золя H2SiO3, который имеет плотность ρ=1,014 г/см3, при этом готовым продуктом является золь со значением pH=4±0,5.
2. Приготовление добавки:
2.1. Дозируют поликарбоксилатный полимер на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5;
2.2. Дозируют поликарбоксилатный полимер на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5;
2.3. Дозируют глюконат натрия, C6H11NaO7;
2.4. Дозируют формиат натрия (HCOONa);
2.5. Дозируют смесь поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0;
2.6. Дозируют воду;
2.7. Отдозированные по пп. 2.1, 2.2., 2.3, 2.4 и 2.5 компоненты тщательно перемешивают до получения раствора с плотностью ρ=1,035 г/см3 и pH=6,5±0,5.
3. Дозируют компоненты высокопрочного бетона: портландцемент, песок кварцевый карьерный с модулем крупности, Мкр.=2,4, щебень гранитный фракции 5-10 мм.
3.1. Отдозированные компоненты по п. 3 транспортируют в бетоносмеситель любой современной конструкции, используемый на заводе.
3.2. Дозируют воду.
3.3. Дозируют кремнеземсодержащий компонент, приготовленный по п. 1.5.
3.4. Дозируют добавку, приготовленную по п. 2.5.
3.5. Компоненты, отдозированные по п. 3.3. и п. 3.4, транспортируют в отдозированную воду по п. 3.2.
3.6. Смесь, состоящую из воды и добавок, приготовленную по п. 3.5, транспортируют в бетоносмеситель.
3.7. Все компоненты, находящиеся в бетоносмесителе, тщательно перемешивают в течение 3 минут и получают готовую бетонную смесь, которую транспортируют к месту изготовления изделий и отбора образцов для контроля качества по параметрам прочности при сжатии, при твердении его при отрицательной температуре. Контроль прочности при сжатии осуществляется по ГОСТ 10180-2012.
Твердение бетона осуществляется при отрицательной температуре (-15°C), составы бетонной смеси и результаты представлены в табл. 1 и 2.
Анализ данных, представленных в табл. 1 и 2, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению по сравнению с контрольным составом повышает в 2 раза скорости набора прочности при сжатии при отрицательной температуре относительно прототипа.
| Таблица 2 | |||
| № состава в соответствии с табл. 1 | Процент прочности относительно значения проектной прочности, % | ||
| Возраст, сутки | |||
| 28 | 56 | 84 | |
| 1 прототип | 27 | 42 | 56 |
| 2 | 54 | 83 | 11 |
| 3 | 54 | 83 | 110 |
| 4 | 54 | 83 | 110 |
| 5 | 56 | 85 | 112 |
| 6 | 56 | 85 | 112 |
| 7 | 56 | 85 | 112 |
| 8 | 55 | 84 | 111 |
| 9 | 55 | 84 | 111 |
| 10 | 55 | 84 | 111 |
Высокопрочный бетон из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, добавку и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве песка - песок кварцевый карьерный с модулем крупности, Мкр.=2,4, в качестве щебня - щебень гранитный фракции 5-10 мм, а в качестве кремнеземсодержащего компонента - золь H2SiO3 с плотностью ρ=1,014 г/см3 и значением pH=4±0,5, а в качестве добавки содержит водный раствор с плотностью ρ=1,0,35 г/см3 и pH=6,5±0,5, состоящий из смеси поликарбоксилатных полимеров: поликарбоксилатного полимера на основе метакриловой кислоты с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5 и поликарбоксилатного полимера на основе эфира аллила и ангидрита малеиновой кислоты с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5, глюконата натрия, C6H11NaO7; формиата натрия (HCOONa), смеси поверхностно-активных веществ на основе этоксилированных жирных спиртов и разветвленных алкилсульфатов с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±1,0 и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Поликарбоксилатный полимер | |
| на основе метакриловой кислоты | |
| с плотностью ρ=0,95 г/см3 и pH=7±0,5 | 11,0-14,0 |
| Поликарбоксилатный полимер | |
| на основе эфира аллила и | |
| ангидрита малеиновой кислоты | |
| с плотностью ρ=1,03 г/см3 и pH=7±0,5 | 10,0-10,5 |
| Глюконат натрия, C6H11NaO7 | 2,0-2,5 |
| Формиат натрия, HCOONa | 2,5-3,0 |
| Смесь поверхностно-активных веществ на основе | |
| этоксилированных жирных спиртов и | |
| разветвленных алкилсульфатов | 8,5-9,0 |
| Вода | 63,0-64,0, |
при следующем соотношении компонентов бетонной смеси для высокопрочного бетона, мас.%:
| Портландцемент | 17,4-19,2 |
| Указанный щебень | 42,4-42,8 |
| Указанный песок | 33,0-33,2 |
| Указанный кремнеземсодержащий компонент | 0,2-0,4 |
| Указанная добавка | 0,2-0,4 |
| Вода | 5,0-5,8 |
