ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН Российский патент 2019 года по МПК C04B28/04 C04B111/20 C04B16/04 C04B18/02 C04B14/06 

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, состоящая из следующих компонентов, мас. %: портландцемент 22,48-28,61; песок 23,00-25,60; щебень 36,30-39,00; добавка 0,69-0,92; вода 11,40-12,00; используемся добавка состоит из следующих компонентов, мас. %: золь гидроксида железа (III) Fe(OH)₃ с плотностью р=1,021 г/куб.см и значением водородного показателя рН=4,0...5,0 99,83-99,87; сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ 0,13-0,17 (RU №2332388, С048В 40/00; С08 В 22/08; С04В 111/20; С04В 111/27, 2006). Недостатком данного технического решения является пониженная прочность на растяжение при изгибе и пониженная коррозионная стойкость бетона.

Известна смесь для изготовления высокопрочного бетона, состоящая из следующих компонентов, мас. %: портландцемент 44,40-48,00; песок 20,00-22,20; щебень 20,00-22,20; кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с плотностью р=1,014 г/куб.см, рН=5,0...6,0 0,43-0,48, добавка "ДЭЯ-М" 0,43-0,48; вода 10,34-11,04 (RU, №2256629, С04В 28/04; С04В 111/20; 2004). Недостатком данного технического решения является пониженная прочность на растяжение при изгибе и пониженная коррозионная стойкость высокопрочного бетона.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон, содержащий портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с плотностью р=1,014 г/куб.см, рН=5,0...6,0; 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 р=1,014 г/куб.см, рН=5,0...6,0 0,25-0,27; добавка - калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ 0,44-0,47; вода 12,1-12,15 (RU, №2256630, С04В 28/04; 2005). Недостатком данного технического решения является пониженная прочность на растяжение при изгибе и пониженная коррозионная стойкость высокопрочного бетона.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью на растяжение при изгибе и повышенной коррозионной стойкостью.

Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с плотностью р=1,014 г/куб.см, рН=5,0...6,0, добавку и воду.

Новым по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что в качестве песка содержит кварцевый песок с модулем крупности 2,26, в качестве щебня - щебень гранитный фракции 10-20 мм, в качестве кремнеземсодержащего компонента кремнеземсодержащую композицию, состоящую из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера (WRM), имеющего значение водородного показателя рН=6,0 и плотность р=1,029 г/куб.см; коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты, SiO₂⋅nH₂O со значением водородного показателя рН=3,5 и плотностью р=1,014 г/куб.см и глюконата натрия при следующем соотношением компонентов, мас. %:

- указанный 20 % водный раствор поликарбоксилатного полимера 49,0-52,0

- указанный коллоидный раствор (золь) кремниевой кислоты 34,0-35,0

- глюконат натрия 14,0-16,0 в качестве добавки содержит комплексную добавку, состоящую из магнезита, в котором содержание оксида магния (MgO), составляет 42,5%, оксида кальция (СаО) составляет 3,3%; доменного шлака, основными фазами которого являются геленит 2CaO⋅Al₂O₃⋅SiO₂, двухкальциевый силикат 2CaO⋅SiO₂ и мелелит Ca₂(Al,Mg,Si)Si₂O₇; а также нитрата натрия NaNO₃, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- указанный магнезит 56,0-59,0 - указанный доменный шлак 39,0-41,0 - нитрат натрия, NaNO₃ 2,0-3,0

при следующем соотношении компонентов, смеси, мас. %:

- портландцемент 19,66-22,90 - указанный песок 25,90-26,60 - указанный щебень 41,50-43,50 - указанная кремнеземсодержащая композиция 0,18-0,21 - указанная комплексная добавка 1,27-1,38 - вода 8,25-8,65

Использование кремнеземсодержащей композиции в сочетании с комплексной добавкой обеспечивает образование труднорастворимых гидросиликатов магния типа сепиолита Mg₃(Si₄O₁₁)⋅nH₂O, которые являются устойчивыми к хлоридам, сульфатам и иным агрессивным средам.

По данным физико-химических исследований, проводимых при помощи рентгенофазового и дифференциально-термического методов анализа, установлено образование повышенного количества комплексных гидратных соединений. В качестве основных продуктов гидратации, кроме гидросиликатов типа CSH(I), для которого межплоскостное расстояние d/n=(3,07;2,80;l,83) нм, обнаружено присутствие низкоосновного гидросиликата гиролита 2CaO⋅3SiO2⋅2H2O с межплоскостным расстоянием d/n=(4,24;3,36;2,25;2,65) нм. По данным ДТА эндоэффект при температуре 742°С и экзоэффект при температуре 815°С подтверждают образование гиролита, а также в продуктах гидратации обнаружены новые соединения на основе карбоната магния, такие как гидрокарбонат магния MgCO₃⋅3H₂O с межплоскостным расстоянием d/n=(3,85;2,50;3,55) нм, гидромагнезит MgCO₃⋅Mg(OH)₂⋅3H₂O с межплоскостным расстоянием d/n=(5,79; 2,90;2,15) нм, наблюдается появление гидросиликата магния типа сепиолита Mg3(Si40n)-nH₂0 с межплоскостным расстоянием d/n=(4,44;4,12;3,31;2,58) нм. По данным ДТА эндоэффект при температуре 348°С и 810°С и экзоэффект при температуре 836°С подтверждают появление в затвердевшем бетоне сепиолита (гидросиликата магния).

Образование низкоосновных гидросиликатов кальция, имеющих волокнистую или игольчатую структуру, оказывают положительное влияние на повышение прочности на растяжение при изгибе, в то время как образование магнийсодержащих гидратных соединений способствует повышению коррозионной устойчивости бетона.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявленная сырьевая смесь для высокопрочного бетона не известна, и данное техническое решение обладает мировой новизной.

Заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии указанной кремнеземсодержащей композиции, состоящей из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера (WRM), имеющего значение водородного показателя рН=6,0 и плотность р=1,029 г/куб.см; коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты, SiO₂⋅nH₂O со значением водородного показателя рН=3,5 и плотностью р=1,014 г/куб.см и глюконата натрия, и комплексной добавки, состоящей из магнезита, в котором содержание оксида магния (MgO), составляет 42,5%; оксида кальция (СаО) составляет 3,3%.; доменного шлака, основными фазами которого являются геленит 2СаОА1₂О₃⋅SiO₂, двухкальциевый силикат 2CaO⋅SiO₂ и мелелит Ca₂(Al,Mg,Si)Si₂O₇, и нитрата натрия NaNO₃, которое обеспечивает сверхсуммарный эффект, состоящий в повышении гидратационной активности смеси для высокопрочного бетона, а также образования новых гидратных фаз, представленных низкоосновными гидросиликатами кальция, имеющих волокнистую или игольчатую структуру, и, как следствие, микроармирующих структуру твердеющего бетона, и способствующих повышению прочности на растяжение при изгибе.

Кроме того, в твердеющем бетоне обнаружено образование повышенного количества гидросиликатов магния, обладающих повышенной устойчивостью относительно ионов хлора, сульфат-ионов и кислых агрессивных сред, что и способствует повышению коррозионной стойкости затвердевшего бетона.

Смесь, включающая портландцемент, песок, предлагаемую кремнеземсодержащую композицию, предлагаемую добавку и воду, обеспечивает получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью на растяжение при изгибе (на 71%) и повышенным коэффициентом химической стойкости (на 17%) по сравнению с прототипом.

По мнению заявителя и авторов, именно другое свойство совокупности существенных признаков, не равное известным свойствам отличительных признаков, позволяет признать эту совокупность по сравнению с известными в науке и технике новой, а заявляемое изобретение - соответствующим критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано для изготовления высокопрочного бетона, используемого в промышленном и гражданском строительстве и для объектов специального назначения.

Пример конкретного выполнения.

1. Приготовление предлагаемой кремнеземсодержащей композиции:

1.1. Дозируют 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера (WRM), имеющего значение водородного показателя рН=6,0 и плотность р=1,029 г/куб.см;

1.2. Дозируют коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты, SiO₂⋅nH₂O со значением водородного показателя рН=3,5 и плотностью р=1,014 г/куб.см;

1.3. Дозируют глюконат натрия;

1.4. Смешивают отдозированные компоненты (по п. 1.1 - п. 1.3) при помощи электрической дрели до получения однородного раствора без комков;

2. Приготовление предлагаемой добавки:

2.1. Дозируют магнезит, в котором содержание оксида магния MgO, составляет 42,5%, оксида кальция СаО составляет 3,3%;

2.2. Дозируют доменный шлак, основными фазами которого являются геленит 2CaO⋅Al₂O₃⋅SiO₂, двухкальциевый силикат 2CaO⋅SiO₂ и мелелит Ca₂(Al,Mg,Si)Si₂O₇;

2.3. Дозируют нитрата натрия NaNO₃;

2.4. Смешивают тщательно отдозированные компоненты (п.2.1 - п. 2.3) до получения однородной дисперсионной системы;

3. Приготовление сырьевой смеси для высокопрочного бетона:

3.1. Дозируют портландцемент ПЦ500 ДО;

3.2. Дозируют песок с модулем крупности 2,26;

3.3. Дозируют щебень гранитный фракции 10-20 мм;

3.4. Дозируют предлагаемую кремнеземсодержашую композицию, приготовленную по п. 1;

3.5. Дозируют предлагаемую добавку, приготовленную по п. 2;

3.6. Дозируют воду;

3.7. Смешивают все компоненты, отдозированные по п. 3.1 - п. 3.6 в бетоносмесителе любой модификации, используемой 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-балочки размером 10×10×40 см, которые хранят в нормальных условиях (при температуре t°C=20±2°C и влажности W≥95%) в течение 28 суток для определения прочности на растяжение при изгибе по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

3.8. Для определения коррозионной или химической стойкости высокопрочного бетона по ГОСТ 25881-83 «Бетоны химически стойкие» изготавливают образцы-балочки размером 4×4×16 см, которые хранят в нормальных условиях (при температуре t°C=20±2°C и влажности W≥95%) в течение 28 суток, которые подвергают воздействию 5% раствора хлористого магния MgCl₂ в течение 360 суток.

Полученные результаты представлены в таблице.

Изобретение относится к высокопрочным бетонам. Техническим результатом является повышение прочности прочностью на растяжение при изгибе и повышенным коэффициентом химической стойкости. Высокопрочный бетон содержит кремнеземсодержащую композицию, состоящую из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера (WRM) со значением водородного показателя рН=3,5 и плотностью ρ=1,014 г/см³; коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты SiO₂⋅nH₂O со значением водородного показателя рН=3,5 и плотностью ρ=1,014 г/см³; глюконата натрия, при их следующем соотношении соответственно, мас. %: 49,0-52,0; 34,0-35,0; 14,0-16,0; комплексную добавку. Комплексная добавка состоит из магнезита, в котором содержание оксида магния (MgO) составляет 42,5%, оксида кальция (СаО) составляет 3,3%; доменного шлака, основными фазами которого являются геленит 2CaO⋅Al₂O₃⋅SiO₂; двухкальциевый силикат 2CaO⋅SiO₂ и мелелит Ca2(Al,Mg,Si)Si₂O₇, и нитрата натрия (NaNO₃), при их следующем соотношении соответственно, мас. %: 56,0-59,0; 39,0-41,0; 2,0-3,0. Соотношение компонентов смеси, мас. %: портландцемент 19,66-22,90; песок с модулем крупности 2,26 25,90-26,60; щебень фракции 10-20 мм 41,50-43,50; указанная кремнеземсодержащая композиция 0,18-0,21; указанная комплексная добавка 1,27-1,38; вода 8,25-8,65. 1 табл., 1 пр.

Высокопрочный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем H₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³ и значением водородного показателя pH=5…6, добавку и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве песка - кварцевый песок с модулем крупности 2,26, в качестве щебня - щебень гранитный фракции 10-20 мм, в качестве кремнеземсодержащего компонента - кремнеземсодержащую композицию, состоящую из 20% водного раствора поликарбоксилатного полимера (WRM), имеющего значение водородного показателя pH=6,0 и плотность ρ=1,029 г/см³; коллоидного раствора (золя) кремниевой кислоты SiO₂⋅nH₂O со значением водородного показателя pH=3,5 и плотностью ρ=1,014 г/см³ и глюконата натрия, при следующем соотношением компонентов, мас. %:

указанный 20% водный раствор поликарбоксилатного полимера 49,0-52,0 указанный коллоидный раствор (золя) кремниевой кислоты 34,0-35,0 глюконат натрия 14,0-16,0,

в качестве добавки содержит комплексную добавку, состоящую из магнезита, в котором содержание оксида магния (MgO) составляет 42,5%, оксида кальция (СаО) составляет 3,3%; доменного шлака, основными фазами которого являются геленит 2CaO⋅Al₂O₃⋅SiO₂, двухкальциевый силикат 2CaO⋅SiO₂ и мелелит Ca₂(Al,Mg,Si)Si₂O₇; и нитрата натрия NaNO₃, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

указанный магнезит 56,0-59,0 указанный доменный шлак 39,0-41,0 нитрат натрия, NaNO₃ 2,0-3,0,

при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:

портландцемент 19,66-22,90 указанный песок 25,90-26,60 указанный щебень 41,50-43,50 указанная кремнеземсодержащая композиция 0,18-0,21 указанная комплексная добавка 1,27-1,38 вода 8,25-8,65