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 смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, патент №2256629, МПК С04В 28/04. Дата публикации 20.07.2009 г. ), содержащая портландцемент, песок, щебень, кремнесодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с плотностью р=1,014 г/куб.см, рН=5-6, добавку «ДЭЯ-М» и воду при следующим соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 44,4-48,0; песок 20,0-22,2; щебень 20,0-22,2; указанный кремнесодержащий компонент 0,43-0,48; добавка «ДЭЯ-М» 0,43-0,48; вода 10,34-11,44. Недостатком данного технического решения является недостаточная морозостойкость и водонепроницаемость.

Известна смесь для изготовлении высокопрочного бетона (RU, патент №2323910, МПК С04В 28/04; С04В 22/06 С04В 111/20. Дата публикации 10.05.2008 г. ), которая содержит мас. %: портландцемент 23,6-26,9; песок 23,7-25,2; щебень 36,8-38,4; золь Fe(OH)₃ с плотностью ρ=1,018 г/куб.см, рН=4,5…5,5 0,7-0,76; вода 11,9-12,04. Недостатком данного технического решения является недостаточная морозостойкость и водонепроницаемость.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является смесь для высокопрочного бетона (RU, патент №2256630, МПК СОИВ 28/04. Дата публикации 20.07.2005 г. ) содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнезольсодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с ρ=1,014 г/куб.см рН=5…6 добавку - калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ и воду при следующим соотношении компонентов, мас. %.:

Недостатком данного технического решения является недостаточная морозостойкость и водонепроницаемость.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью.

Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, добавку и воду.

Новым по сравнению с высокопрочным бетоном, принятым за прототип, является то, что используется песок с модулем крупности 2,26, щебень фракции 10-20 мм и добавка комплексная, состоящая из следующих компонентов, мас. %:

При следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас. %:

Использование указанной добавки значительно усиливает гидратационную активность смеси для высокопрочного бетона, что способствует выделению большого количества тепла внутри твердеющей системы, которое в повышенном количестве сохраняется внутри твердеющей системы за счет присутствия в рекомендуемой добавке высокомолекулярных соединений с повышенной молекулярной массой и, как следствие, имеющих пониженное значение коэффициента теплопроводности и обладающих теплоизолирующими свойствами.

Таким образом, использование добавки, обладающей высокой реакционной активностью, а так же энергетическое воздействие на твердеющею систему в виде тепла, выделяющегося в процессе реакций гидратации оказывает положительное влияние на повышение гидратационных процессов, что способствует вовлечению в гидратационные процессы в раннем возрасте, до 28 суток, малоактивных минералов портландцемента, таких как двухкальциевый силикат, 2CaO⋅SiO₂ которые, как правило, к 28 суткам только начинают реакционно пробуждаться и гидратационным процессам подвергаются единичные минералы. Повышение степени гидратации способствует формированию более плотной структуры высокопрочного бетона и, как следствие, повышению его долговечности, что оценивается ростом параметров морозостойкости и водонепроницаемости.

В качестве основных продуктов гидратации, кроме гидросиликатов типа CSH(I), по данным рентгенофазового анализа обнаружены низкоосновные гидратные соединения, такие как некоит 3CaO⋅SiO₂⋅8H₂O, для которого межплоскостное расстояние d/n=(9,25; 3,36; 2,82) нм. Кристаллы некоита представлены удлиненными волокнами, которые оказывают положительное влияние на повышение прочности на растяжении при изгибе, а также повышению плотности структуры бетона. Также обнаружен гидросиликат сложного состава, такой как афвиллит 3CaO⋅SiO₂⋅3H₂O для которого межплоскостное расстояние d/n=(6,46; 5,74; 4,73; 3,19; 2,84) нм. Образование указанных комплексных гидратных соединений подтверждено данными дифференциально-термических исследований. Для гидросиликата CSH(I) наблюдается равномерное выделение воды в диапазоне температур 180 до 460°С, что подтверждается широким эндотермическим эффектом в области температур 180°С до 460°С.

Образование некоита подтверждается наличием эндотермического эффекта при температуре ≈727°С и наличием экзотермического эффекта при температуре ≈770°С. О наличии афвиллита свидетельствует широкий эндотермический эффект в области температур 385°С-395°С, а также небольшой экзотермический эффект при температуре 815°С.

Кроме того, в затвердевшем камне, независимо от условий твердения, практически полностью отсутствует гидролизная известь, Са(ОН)₂, которая, как правило, образуется при гидратации трехкальциевого силиката - основного минерала портландцемента. Это объясняется тем, что происходит взаимодействие Са(ОН)₂ с коллоидными частицами SiO₂ nH₂O, входящими в состав предлагаемой химической добавки, что приводит к дополнительному образованию комплексных гидратных соединений.

Все вышесказанное показывает, что в процессе твердения, в присутствии предлагаемой добавки, образуется повышенное количество гидратных соединений, что способствует формированию максимально плотной структуры высокопрочного бетона, которое положительно влияет на повышение морозостойкости и повышение водонепроницаемости, следствием чего является повышение долговечности высокопрочного бетона.

На дату подачи заявки, по мнению автора и заявителя, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии предлагаемой комплексной добавки, а, именно, увеличивает гидратационную активность смеси для высокопрочного бетона, результатом чего является формирование максимально плотной структуры высокопрочного бетона и, как следствие, повышение морозостойкости в 2,7 раза и повышение водонепроницаемости в 2 раза.

Смесь, включающая портландцемент, песок с модулем крупности 2,26, щебень фракции 10-20 мм, добавку, представленную комплексной, состоящей из 20% раствора поликарбоксилатного полимера CP-WRM, имеющей значение рН=6,0 и плотность, ρ=1,029 г/куб.см; высокомолекулярного полимерного соединения с молекулярной массой более 600 г/моль, плотностью, ρ=0,98 г/куб.см и значением рН=6.5; коллоидный раствор (золь) кремниевой кислоты с плотностью, ρ=1,014 г/куб.см и рН=3,5, обеспечило получение высокопрочного бетона, характеризующегося повышенной морозостойкостью и повышенной водонепроницаемостью.

По мнению авторов и заявителя 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.

Пример конкретного выполнения.

1. Приготовление предлагаемой комплексной добавки.

1.1. Дозируют 20% раствор поликарбоксилатного полимера CP-WRM, имеющий значение рН=6,0 и плотностью p=1,029 г/куб.см;

1.2. Дозируют высокомолекулярные полимерные соединения с молекулярной массой более 600 г/моль, плотность, ρ=0,98 г/куб.см и значением рН=6,5;

1.3. Дозируют коллоидный раствор (золь) кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,014 г/куб.см и значением рН=3,5.

1.4. Отдозированные компоненты по п. 1.1, п. 1.2 и 1.3 тщательно перемешивают при помощи тихоходной мешалки до образования однородного раствора.

2. Приготовление смеси для высокопрочного бетона.

2.1. Дозируют песок с модулем крупности 2,26.

2.2. Дозируют щебень фракции 10-20 мм.

2.3. Дозируют предлагаемую комплексную добавку, приготовленную по п. 1.4.

2.4. Дозируют воду.

2.5. Отдозированные компоненты по п. 2.1, п. 2.2, 2.3 и 2.4 тщательно перемешивают в бетоносмесителе любой конструкции, используемой на заводе.

Готовую смесь используют по назначению для изготовления конструкций из высокопрочного бетона для промышленного и гражданского строительства, а также для объектов специального назначения.

Для определения морозостойкости изготавливают образцы-кубы размером 100×100×100 мм в количестве 21 шт., для определения морозостойкости по ГОСТ 10060-2012. «Бетоны. Методы определения морозостойкости.»

Для определения водонепроницаемости изготавливают образцы-цилиндры диаметром 150 мм и высотой 150 мм в количестве 6 шт. и испытание проводят по ГОСТ 12730.5-84 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.»

Полученные результаты представлены в таблице.