Композиция для восстановления железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов Российский патент 2021 года по МПК C04B28/02 C04B22/00 C04B18/04 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности, к производству бетонных и железобетонных смесей и изделий, ремонтных строительных растворов, которые могут быть использованы для восстановления и ремонта бетонных и железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов, других видов строительных материалов на основе цемента.

Известна комплексная добавка, вводимая в бетонные смеси и строительные растворы в количестве 4-8% от массы цемента, для повышения сроков схватывания и набора прочности бетона в ранние сроки твердения и водонепроницаемости бетона, содержащая цитрат натрия трехзамещенный технический безводный, полученный обработкой цитрата натрия трехзамещенного двуводного при температуре 200°С в течение 2-3 часов, и сульфат алюминия при их соотношении 75-80 и 20-25 мас. % (Патент РФ №2610458). Смешивание порошкообразного сульфата алюминия и обезвоженного цитрата трехзамещенного осуществляют в шаровой мельнице в течение 1 часа. Недостатками предложенного метода повышения прочности строительных растворов и бетонов является относительно низкая прочность отвержденных бетонов и ремонтных составов, а также большая продолжительность обработки трехзамещенного двуводного цитрата натрия.

Известен способ приготовления цементных строительных растворов, включающий облучение строительного состава, после его затворения водой, электромагнитным полем сверхвысокой частоты в диапазоне частот 500-5000 МГц при удельной мощности облучения 0,1-10 Вт/см³ в течение 5-300 с., сопровождающийся нагревом строительного раствора до температуры 20-60°С (Патент РФ №2612173). Недостатком данного способа приготовления строительных растворов является технологическая сложность его применения при выполнении работ по ремонту и восстановлению бетонных и железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов, а также низкая прочность отвержденных ремонтных составов при изгибе и растяжении.

Известен способ ускорения процессов гидратации цемента и повышения скорости набора прочности цементных растворов и бетонов, основанный на использовании для их производства водоцементной суспензии, обработанной низкотемпературной плазмой с последующим совмещением ее с минеральным вяжущим и заполнителями для приготовления формовочных масс. Водоцементную суспензию обрабатывают в течение от 1⋅10^-2 до 5⋅10^-2 с. низкотемпературной плазмой со значением параметра E/N=15⋅10^-16 В⋅см², где Е - напряженность электрического поля, N - суммарная концентрация частиц плазмы при значениях удельного энерговклада, превышающего 1 кВт/м³ и напряженности электрического поля более 1 кВ/мм в искровом разряде (Патент РФ №2695212). Недостатком данного способа является недостаточная скорость набора прочности в ранний период твердения бетона и невысокая прочность бетонов и строительных растворов при растяжении и изгибе.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению является ремонтно-гидроизолирующая композиция на основе смеси портландцемента марки ПЦ - 500 Д0 и высокоглиноземистого и/или гипсоглиноземистого цемента, содержащая фракционированный кварцевый песок, волластонит, безхлорную химически активную добавку, неуплотненный микрокремнезем и порошкообразный гиперпластификатор, водорастворимый целлюлозный загуститель, винилацетат-этиленовый полимер и сополимер акриловой кислоты, пеногаситель и расширяющую добавку, минеральную или синтетическую фибру и воду затворения (Патент РФ №2471738).

Недостатками известной ремонтно-гидроизолирующей композиции являются многокомпонентность композиции, продолжительные сроки набора прочности и относительно низкие прочностные характеристики отвержденной композиции при растяжении и изгибе.

Технический результат изобретения - повышение скорости гидратации цемента и прочности при растяжении и изгибе композиций для восстановления и ремонта бетонных и железобетонных конструкций.

Технический результат достигается тем, что для получения композиции для восстановления железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов используют фракционированный кварцевый песок 1 класса, состоящий из фракций менее 0,5 мм и 0,5-2,0 мм, после его 2-х кратной обработки низкотемпературной неравновесной плазмой (НТНП) в плазмохимическом реакторе, воду затворения, состоящую из смеси обычной воды, соответствующей ГОСТ 23732 - 2011, и воды, обработанной НТНП в плазмохимическом реакторе, при их соотношении 1:1, а в качестве минеральной фибры применяют отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портандцемент - 22,72-25,15; фракционированный кварцевый песок, после 2-х кратной обработки НТНП - 63,33-67,74; бесхлорная химически активная добавка - 0,38-0,65; отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм - 0,05-0,25; вода затворения, состоящая из смеси обычной воды затворения и воды, обработанной НТНП в плазмохимическом реакторе при их соотношении, равном 1:1 - остальное.

Для обработки кварцевого песка и воды затворения НТНП используют плазмотрон, состоящий из внутреннего стержневого электрода, помещенного внутри внешнего кольцевого электрода, между которыми создается область низкотемпературной неравновесной плазмы со значением параметра E/N=15⋅10^-16 В⋅см², где Е - напряженность электрического поля, N - суммарная концентрация частиц плазмы при значениях удельного энерговклада, превышающем 1 кВт/м³ и напряженности электрического поля более 1 кВ/мм в искровом разряде. Время обработки кварцевого песка и воды затворения колеблется в пределах от 1⋅10^-2 с. до 5⋅10^-2 с. В результате плазмохимических процессов, протекающих при обработке НТНП воды затворения, происходит перегруппировка кластерной структуры воды в результате чего повышается ее активность, возрастает до 50% скорость набора прочности и до 30% прочность строительных составов в возрасте 28 суток. При этом максимальный эффект реализуется при затворении ремонтных составов смесью необработанной и обработанной низкотемпературной плазмой воды затворения при их соотношении 1:1. Плазмохимическая обработка кварцевого песка приводит к оплавлению поверхности и уменьшению на 10-18% его водопотребности. При этом в результате такой обработки поверхность кварцевого песка переходит из кристаллической структуры в аморфную.

Структурированный ферромагнитный микропровод представляет собой тонкий металлический сердечник в стеклянной изоляции (трехслойный композит), состоящий из металлического проводника диаметром 1-30 мкм, структурированного переходного слоя толщиной ≈ 5 нм и стеклянной изоляции толщиной 2-30 мкм. Прочность структурированного микропровода при растяжении достигает 5 ГПа.

Технология получения структурированного ферромагнитного микропровода в стеклянной оболочке состоит в следующем: навеска ферромагнитного сплава помещается в стеклянную трубку с опаянным концом и вместе с последней вводится в индуктор высокочастотной установки. Под действием магнитного поля ферромагнитный сплав плавится и размягчает примыкающие к нему стенки стеклянной трубки. Путем прикосновения к донцу микрованны стеклянным штапиком, часть ее оболочки оттягивается на специальное приемное устройство в виде капилляра со сплошным металлическим заполнением в виде непрерывной теплопроводящей жилы. По пути от микрованны до приемного устройства микропровод проходит через кристаллизатор в виде струи охлажденного агента. В результате закалки расплава получают структурированный микропровод с аморфной и кристаллической структурой (патент РФ №2396621, Н01В 13/06).

Отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода представляют собой волокна диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм. При содержании структурированного ферромагнитного микропровода 0,05-0,25% наблюдается значительное повышение прочности при растяжении и изгибе ремонтных композиций, используемых для восстановления и ремонта железобетонных конструкций, подверженных динамическим воздействиям.

В качестве вяжущего для производства ремонтного строительного состава используют портландцемент марки ПЦ 500 Д0 (ГОСТ 31108-2016) или его смесь с высокоглиноземистым цементом марки ГЦ-40, 50, 60, 70, ВВЦ (ГОСТ 11052-72, ГОСТ 969-2019) или глиноземистым цементом типа ГГРЦ (ГОСТ 11052-74). В качестве кремнеземистого компонента применяли фракционированный кварцевый песок 1 класса по ГОСТ 8736-2014, а в качестве бесхлорной химически активной добавки - формиат кальция и нитрат кальция или их сочетание. Фракционированный песок способствует образованию более плотной упаковки частиц в затвердевшей композиции и повышает водоудерживающую способность.

Для испытания ремонтной композиции готовили образцы, которые твердели в нормальных тепловлажностных условиях. Прочность ремонтной композиции при сжатии и изгибе определяли с помощью гидравлического пресса Unstron 3382 и разрывной машины WDW - 100Е по ГОСТ 5802-86, а сроки схватывания - по ГОСТ 5802-86. Прочность композиций определяли через 1, 7, 14 и 28 суток их твердения.

Составы для получения ремонтных композиций по известному и заявленному способам представлены в таблице 1, а их физико-механические характеристики - в таблице 2.

Из данных таблицы 2 следует, что заявленная композиция для восстановления железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов обладает повышенными скоростью твердения и прочностью при растяжении и изгибе. Это особенно актуально для ремонтных композиций, используемых для восстановления железобетонных конструкций, подверженных динамическим воздействиям, в частности, для железобетонных конструкций коммуникационных коллекторов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Технический результат заключается в снижении водоцементного отношения, ускорении набора прочности композиции в начальный период твердения, повышении прочности при изгибе и растяжении ремонтных строительных составов на основе цемента. Композиция для восстановления железобетонных конструкций содержит цементное вяжущее, фракционированный кварцевый песок, бесхлорную химически активную добавку, полимерную или минеральную фибру и воду затворения, при этом для ее изготовления используют фракционированный кварцевый песок, прошедший 2-кратную обработку низкотемпературной неравновесной плазмой, воду затворения, состоящую из смеси обычной воды и воды, обработанной низкотемпературной неравновесной плазмой при их соотношении, равном 1:1, а в качестве минеральной фибры содержит отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 22,72-25,15, фракционированный кварцевый песок после 2-кратной обработки НТНП 63,33-67,74, бесхлорная химически активная добавка 0,38-0,65, отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм 0,05-0,25, вода затворения, состоящая из смеси обычной воды затворения и воды, обработанной НТНП в плазмохимическом реакторе при их соотношении, равном 1:1 остальное. 2 табл.

Композиция для восстановления железобетонных конструкций, содержащая цементное вяжущее, фракционированный кварцевый песок, бесхлорную химически активную добавку, полимерную или минеральную фибру и воду затворения, отличающаяся тем, что для ее получения используют фракционированный кварцевый песок, прошедший 2-кратную обработку низкотемпературной неравновесной плазмой, воду затворения, состоящую из смеси обычной воды и воды, обработанной низкотемпературной неравновесной плазмой при их соотношении, равном 1:1, а в качестве минеральной фибры содержит отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцемент 22,72-25,15 фракционированный кварцевый песок после 2-кратной обработки НТНП 63,33-67,74 бесхлорная химически активная добавка 0,38-0,65 отходы производства структурированного ферромагнитного микропровода диаметром 5-35 мкм и длиной 10-15 мм 0,05-0,25 вода затворения, состоящая из смеси обычной воды затворения и воды, обработанной НТНП в плазмохимическом реакторе при их соотношении, равном 1:1 остальное