Результат интеллектуальной деятельности: ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

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.

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 ограниченность достигаемого значения прочности при сжатии бетона.

Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, №2256629, С04В 28/04, дата публ.: 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 ограниченность достигаемого значения прочности при сжатии бетона.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, №2256630, С04В 28/04, дата публ.: 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. %:

Недостатком данного технического решения является ограниченность достигаемого значения прочности при сжатии бетона.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности бетона при сжатии.

Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и добавку, отличается тем, что смесь содержит песок с модулем крупности 2,1, щебень фракции 5-10 мм и добавка состоит из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя метакремниевой кислоты H₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³, водородным показателем pH=5-6 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:

Исходя из уровня современных знаний, задача повышения качества бетона может быть решена за счет максимального использования энергетических возможностей цемента, резервы которого используются не полностью из-за возникающих в твердеющей системе отрицательных напряжений, ограничивающих расход цемента.

Перспектива использования золя в материаловедении была указана еще в 80-х годах прошлого века профессором Ленинградского технологического института имени Ленсовета Сычевым М.М. В 2000-2002 гг. золь-процессы были использованы в работах кафедры «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС для упрочнения поверхности готового бетона и повышения ее твердости (Л.Б. Сватовская, Д.В. Герчин). Однако возможности золь-процессов в свойствах бетона полностью не были исследованы до настоящего времени.

Основная идея использования золя метакремниевой кислоты как добавки в бетон состоит в следующем:

1. В использовании структуры золя для создания дополнительного структурного элемента в бетонной смеси.

2. В том, что дополнительный структурный элемент, представляющий собой наночастицу оксида кремния, который в результате реакции с Са(ОН)₂ переходит в гидросиликат кальция и способствует сокращению количества пор в бетоне от размера 1 нм и выше, т.е. происходит заполнение пор частицами золя и продуктами его взаимодействия.

3. Вводимые новые структурные элементы нивелируют отрицательные явления, связанные с повышенными расходами цемента, т.е. повышают прочность при сжатии изготавливаемого бетона.

Указанная добавка оказывает активирующее действие на бетонную смесь, при этом количество минералов портландцемента, вступающих в реакцию взаимодействия с водой, повышается, и начало этого взаимодействия является повышенным и ускоренным. Добавка в представленном сочетании оказывает высокое пластифицирующее и активирующее действие на цементсодержащую твердеющую систему, способствуя повышению долговечности бетона, а также при взаимодействии с цементом в твердеющей бетонной смеси дает сверхсуммарный эффект, что позволяет получить высокопрочный бетон улучшенного качества.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый высокопрочный бетон неизвестен и данное техническое решение обладает мировой новизной.

По мнению авторов и заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.

Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.

Готовят золь метакремниевой кислоты следующим образом: из дистиллированной воды и жидкого стекла Na₂SiO₃ с плотностью ρ=1,45 г/см³ и водородным показателем pH=12 готовят раствор с соотношением Na₂SiO₃: H₂O=1:20. Отдозированные материалы помещают в стеклянную емкость и перемешивают до получения гомогенного раствора с плотностью ρ=1,014 г/см³, pH=10. Раствор Na₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³ и pH=10 пропускают через катионитовую колонку и получают на выходе золь метакремниевой кислоты H₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³ и pH=5-6, который представляет собой кремнеземсодержащий компонент в виде золя метакремниевой кислоты [Барвинок М.С., Гарбудова Т.Ф. «Коллоиды» Л.: ЛИИЖТ, 1970. - 16 с.; Коровин Н.В. «Общая химия» М.: «Высшая школа», 2000. - 558 с.].

Готовят сырьевую смесь следующим образом: на месте работ заводское растворимое жидкое натриевое стекло разбавляется водой до нужной концентрации, а именно до нормального жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³ и водородным показателем pH=12 по ГОСТ 13078-81. Затем отдозированный золь метакремниевой кислоты перемешивают с отдозированным жидким стеклом. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок с модулем крупности М_кр.=2,1, щебень фракции 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную 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 прочности при сжатии.

Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний, согласно ГОСТ 10180-2012 «Методы определения прочности по контрольным образцам» представлены в таблице.

Прочность при сжатии определялась разрушающим методом на гидравлическом прессе типа МС-5000 зав. №1452 с диапазоном измерения нагрузки 20-2000 и 50-5000 кН.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению характеризуется повышенной прочностью при сжатии на 11% до значения 92,1 МПа по сравнению с прототипом.