Высокопрочный бетон
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочного бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также для изготовления конструкций специального назначения. Технический результат – создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью на сжатие, повышенной прочностью на растяжение при изгибе и повышенной морозостойкостью. Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, добавку и воду, в качестве песка содержит песок с модулем крупности 2,6, в качестве добавки – комплексную добавку Наноактив-НМ-21 с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН= 5,5, состоящую из следующих компонентов, мас.%: 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН=6,5 - 31,2-36,0; пеногаситель Ф-67 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с - 1,0-1,2; золь кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, значением водородного показателя рН=3,5 - 5,5-6,0; нитрит калия, KNO2 - 4,5-5,6; вода - 53,0-56,0, при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %: портландцемент - 24,0-25,0; указанный песок - 65,35-66,00; указанная комплексная добавка Наноактив-НМ-21 - 0,25-0,26; вода - 9,40-9,74. 1 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также для изготовления конструкций специального назначения.
Известна сырьевая смесь, для изготовления высокопрочного бетона (RU, №2332379, С04В 28/4, 27.08.2008), содержащая портландцемент, песок, щебень, добавку, состоящую из золя берлинской лазури с плотностью, ρ=1,013 г/см3, рН= 4,7 - 5,3 при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 22,40 - 28,30; песок – 23,60 - 26,00; щебень – 36,40 - 39; указанная добавка – 0,06 - 0,08 и вода – 11,64 - 11,92.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость.
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, № 2433099, С04В 22/06, С04В 111/20; 10.05.2008 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, добавку, состоящую из золя гидроокиси железа (III) с плотностью, ρ=1,021 г/см3, водородным показателем рН= 4,5 - 5,5 и суперпластификатора Муропласт ФК63 при следующем соотношении компонентов, мас.%: золь гидроокиси железа (III) с плотностью равной 1,021 г/см3, водородным показателем 4,5-5,5 – 85,50 - 86,00; суперпластификатор Муропласт ФК63 – 14,0 - 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 недостаточная прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, № 2256630, С04В 28/04, 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью 1,014 г/см3, рН=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 кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью 1,014 г/см3, рН=5…6 – 0,25 – 0,27; добавка - калий железистосинеродистый [K4Fe(CN)6] – 0,44 – 0,47; вода - 12,1 – 12,5.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью на сжатие, прочностью на растяжение при изгибе и повышенным значением морозостойкости.
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон из смеси, включающей портландцемент, песок, добавку и воду, содержит в качестве песка – песок с модулем крупности 2,6; в качестве добавки содержит комплексную добавку Наноактив-НМ-21, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,041 г/см3 и водородным показателем рН=5,5, состоящую из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН=6,5, пеногасителя Ф-67 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с; золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, значением водородного показателя рН=3,5 и нитрита калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| – 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера, | |
| представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью | |
| ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН=6,5 | 31,2-36,0 |
| – пеногаситель Ф-67 на основе силиконового масла | |
| с вязкостью 67 мм2/с | 1,0-1,2 |
| – золь кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, | |
| значением водородного показателя рН=3,5 | 5,5-6,0 |
| – нитрит калия, KNO2 | 4,5-5,6 |
| – вода | 53,0-56,0, |
при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
| – портландцемент | 24,0-25,0 |
| – указанный песок | 65,35-66,00 |
| – указанная комплексная добавка Наноактив-НМ-21 | 0,25-0,26 |
| – вода | 9,40-9,74 |
Указанная комплексная добавка Наноактив-НМ-21, представленная водным раствором с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН=5,5 способствует повышению гидратационной активности цемента. Это происходит вследствие того, что электролит, представленный нитритом калия, KNO2, катион которого K(I) имеет большой радиус и как следствие маленькую гидратную оболочку, что способствует повышенной подвижности катиона и его способности проникать вглубь конгломератов основных минералов портландцемента, диспергируя их и, таким образом, обеспечивая доступ воды к большему количеству молекул минералов портландцемента, вовлекая, таким образом, повышенное количество молекул основных минералов портландцемента в гидратационные процессы.
Кроме того, присутствие в составе комплексной добавки золя кремниевой кислоты, за счет особых свойств поверхности нанодисперсий диоксида кремния, SiO2, входящих в состав золя, не только повышает гидратационную активность цемента, но и вступает в реакции синтеза с образованием гидратных соединений, способствуя образованию труднорастворимых комплексных гидратных соединений, например низкоосновных гидросиликатов типа гиролита , 2CaO· 3SiO2·2H2O, отличающихся игольчатой структурой.
Образование повышенного количества гидратных соединений обеспечивает образование повышенного количества контактов между компонентами бетонной смеси и, как следствие, формированию прочной структуры, что способствует повышению прочности на сжатие. Образование низкоосновных гидросиликатов оказывает положительное влияние на повышение прочности на растяжение при изгибе. Присутствие в составе комплексной добавки Наноактив-НМ-21 высокоэффективных поликарбоксилатных полимеров, оказывающих пластифицирующее действие, а также способствующих образованию повышенного количества гидратных соединений, что уплотняет структуру твердеющего бетона и, соответственно, повышает морозостойкость бетона.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
Заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии комплексной добавки Наноактив-НМ-21 с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН= 5,5, состоящей из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН= 6,5, пеногасителя Ф-67 по ТУ 20.59.59-007-98593931-2018 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с, представленного кремнийорганическими соединениями,– Si – O – Si – О- и органическими радикалами СН3, С2Н5, золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, значением водородного показателя рН=3,5 и нитрита калия, а именно, увеличивает прочность на сжатие на 53,0%, увеличивает прочность на растяжение при изгибе на 64% и повышает морозостойкость в 3,0 раза, до марки F11000 по сравнению с контрольным бездобавочным составом.
Смесь, включающая портландцемент, песок с модулем крупности 2,6, комплексную добавку Наноактив-НМ-21, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,041 г/см3 и водородным показателем рН= 5,5, состоящую из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН= 6,5, пеногасителя Ф-67 по ТУ 20.59.59-007-98593931-2018 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с, представленного кремнийорганическими соединениями,– Si – O – Si – О- и органическими радикалами СН3, С2Н5, золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, значением водородного показателя рН=3,5 и нитрита калия обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью на сжатие, повышенной прочностью на растяжение при изгибе и повышенным значением морозостойкости.
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 конструкций специального назначения.
Готовят сырьевую смесь следующим образом:
Пример конкретного выполнения.
1. Приготовление комплексной добавки Наноактив-НМ-21 с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН= 5,5.
1.1. Дозируют 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером акриловой кислоты и этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью 1,027 г/см3, значением водородного показателя рН= 6,5;
1.2 Дозируют пеногаситель Ф-67 по ТУ 20.59.59-007-98593931-2018 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с, представленного кремнийорганическими соединениями,– Si – O – Si – О- и органическими радикалами СН3, С2Н5;
1.3. Дозируют золь кремниевой кислоты с плотностью 1,014 г/см3, значением водородного показателя рН=3,5;
1.4. Дозируют нитрит калия.
1.5. Смешивают отдозированные компоненты (по п.1.1. – п.1.4) при помощи лопастной мешалки до получения однородного раствора с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН= 5,5.
2. Приготовление сырьевой смеси для высокопрочного бетона:
2.1. Дозируют портландцемент.
2.2. Дозируют песок с модулем крупности 2,6.
2.3. Дозируют добавку, приготовленную по п.1.5.
2.4. Дозируют воду.
2.5. Смешивают все компоненты, отдозированные по п.2.1. – п.2.4. в бетоносмесителе любой модификации, используемом на действующем производстве до получения однородной, без комков, подвижной смеси, которую используют по назначению для изготовления конструкций из высокопрочного бетона и из которой изготавливают образцы-кубы 10×10×10 см для определения прочности на сжатие и для определения морозостойкости бетона, а также изготавливают образцы-балочки размером 10×10×40 см для определения прочности на растяжение при изгибе. После изготовления все образцы хранили в нормальных условиях (при температуре t=20±2оС и влажности W≥95%) в течение 28 суток. Определение прочности на сжатие и определение прочности на растяжение при изгибе осуществлялось по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Определение морозостойкости производилось по ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости».
Полученные результаты представлены в таблице.
Таблица
| № образца | Состав высокопрочного бетона, мас.% | Прочность на сжатие, МПа | Прочность на растяжение при изгибе, МПа | Морозостойкость, цикл | |||||||||||
| Портландцемент | Песок | Песок с модулем крупности 2,6 | золь кремниевой кислоты H2SiO3 с плотностью 1,014 г/см3, рН=5…6 | Добавка – калий железистосинеродистый [K4Fe(CN)6] | Добавка по изобретению Наноактив-НМ-21 | Вода | |||||||||
| Кол-во, мас.% | 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера, с плотностью 1,027 г/см3, рН= 6,5 | пеногаситель марки Ф-67 на основе силиконового масла с вязкостью 67 мм2/с | золь кремниевой кислоты с плотностью 1,014 г/см3, рН=3,5 | Нитрит калия | Вода | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 1 прототип | 45,33 | 15,06 | 0,26 | 0,46 | - | - | - | - | - | - | 12,12 | 68,40 | 9,6 | 400 | |
| 2 контрольный | 24,5 | – | 65,675 | - | - | - | - | - | - | - | - | 9,825 | 51,2 | 6,1 | 300 |
| 3 | 24,0 | – | 66,00 | - | - | 0,26 | 31,20 | 1,2 | 6,0 | 5,6 | 56,0 | 9,74 | 77,9 | 10,7 | 1000 |
| 4 | 24,0 | – | 66,00 | - | - | 0,26 | 33,60 | 1,1 | 5,75 | 5,05 | 54,5 | 9,74 | 78,1 | 10,9 | 1000 |
| 5 | 24,0 | – | 66,00 | - | - | 0,26 | 36,00 | 1,0 | 5,5 | 4,5 | 53,0 | 9,74 | 78,0 | 10,8 | 1000 |
| 6 | 24,5 | – | 65,675 | - | - | 0,255 | 31,20 | 1,2 | 6,0 | 5,6 | 56,0 | 9,57 | 78,4 | 11,0 | 1000 |
| 7 | 24,5 | – | 65,675 | - | - | 0,255 | 33,60 | 1,1 | 5,75 | 5,05 | 54,5 | 9,57 | 78,6 | 11,2 | 1000 |
| 8 | 24,5 | – | 65,675 | - | - | 0,255 | 36,00 | 1,0 | 5,5 | 4,5 | 53,0 | 9,57 | 78,5 | 11,1 | 1000 |
| 9 | 25,0 | – | 65,35 | - | - | 0,25 | 31,20 | 1,2 | 6,0 | 5,6 | 56,0 | 9,4 | 78,0 | 10,9 | 1000 |
| 10 | 25,0 | – | 65,35 | - | - | 0,25 | 33,60 | 1,1 | 5,75 | 5,05 | 54,5 | 9,4 | 78,2 | 10,95 | 1000 |
| 11 | 25,0 | – | 65,35 | - | - | 0,25 | 36,00 | 1,0 | 5,5 | 4,5 | 53,0 | 9,4 | 78,1 | 10,90 | 1000 |
Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве песка содержит песок с модулем крупности 2,6, в качестве добавки содержит комплексную добавку Наноактив-НМ-21 с плотностью ρ=1,041 г/см3, значением водородного показателя рН= 5,5, состоящую из следующих компонентов, мас.%:
| 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера, | |
| представленного сополимером акриловой кислоты и | |
| этилового эфира метакриловой кислоты, с плотностью | |
| ρ=1,027 г/см3, значением водородного показателя рН=6,5 | 31,2-36,0 |
| пеногаситель Ф-67 на основе силиконового масла | |
| с вязкостью 67 мм2/с | 1,0-1,2 |
| золь кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/см3, | |
| значением водородного показателя рН=3,5 | 5,5-6,0 |
| нитрит калия, KNO2 | 4,5-5,6 |
| вода | 53,0-56,0, |
при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:
| портландцемент | 24,0-25,0 |
| указанный песок | 65,35-66,00 |
| указанная комплексная добавка Наноактив-НМ-21 | 0,25-0,26 |
| вода | 9,40-9,74 |
