Теплоизоляционный бетон Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 C04B38/08 C04B111/20 C04B111/27 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для ремонта, усиления и изготовления строительных конструкций в промышленном и гражданском строительстве.

Известна сырьевая смесь, содержащая, мас.%: цемент - 37,80-42,64; песок - 31,30-37,81; модифицированную пенообразующую добавку - 9,10-9,30 и воду - 15,1-17,0 (RU №2255074; С04В 38/10, 27.06.2005).

Недостатком данного технического решения является пониженное значение прочности на сжатие в раннем и проектном возрасте, пониженное значение водонепроницаемости и морозостойкости.

Известна сырьевая смесь, используемая для теплоизоляционного бетона, содержащая, мас.%: цемент - 43,00-46,2; тонкомолотый шлак металлургического производства с содержанием Fe (II) не более 4% - 12,0-14,4; песок - 15,0-18,0; пенообразующую добавку на основе стеарата натрия плотности 1,15-1,7 г/см³ - 9,5-10,3; химическую добавку «ДЭЯ» - 0,4-0,5; алюминиевую пудру - 0,5-0,6; фиброволокно - 1,4-1,8 и воду - 12,0-14,4 (RU №2145315, С04В 38/10, 10.02.2000).

Недостатком данного технического решения является пониженное значение прочности на сжатие в раннем и проектном возрасте, пониженное значение водонепроницаемости и морозостойкости.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является теплоизоляционный бетон, содержащий мас.%: портландцемент - 44,0-47,0; монтмориллонитовую глину, включающую не менее 60% минерала, - 11,0-13,8; пенообразующую добавку «Ника» - 0,5-0,7; воду - 40,0-42,8 (RU №2145586, С04В 28/04, 02.03.1999).

Недостатком данного технического решения является пониженное значение прочности на сжатие в раннем и проектном возрасте, пониженное значение водонепроницаемости и морозостойкости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание теплоизоляционного бетона, обладающего повышенной прочностью на сжатие в раннем и проектном возрасте, повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Поставленная задача достигается тем, что теплоизоляционный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, глину, добавку и воду, отличается тем, что в качестве портландцемента содержит быстротвердеющий портландцемент; в качестве глины содержит метакаолин, основной фазой которого является силикат алюминия Al₂O₃⋅2SiO₂, с величиной удельной поверхности S_уд=1500 м²/кг и величиной насыпной плотности D=420 кг/м³, в качестве добавки - комплексную химическую добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,038 г/см³ и значением рН=8,0, состоящую из водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером метакриловой кислоты с плотностью ρ=1,46 г/см³ и значением рН=6,5; золя кремниевой кислоты SiO₂⋅nH₂O с плотностью ρ=1,023 г/см³ и значением рН=4,0, содержащим нанодисперсии диоксида кремния SiO₂; водного раствора электролита хлорида лития LiCl с плотностью ρ=1,036 г/см³ и значением рН=8,5; при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- указанный поликарбоксилатный полимер 39,0-40,4 - указанный золь кремниевой кислоты 26,4-27,0 - указанный электролит 33,2-34,0,

дополнительно содержит пеностекло фракции 0,63-1,25 мм с насыпной плотностью D=300 кг/м³; тонкомолотый доменный шлак металлургического производства с величиной удельной поверхности S_уд=500 м²/кг, в состав которого входят кальций-магниевый силикаты 2СаО⋅Al₂O₃⋅SiO₂; 2CaO⋅MgO⋅2SiO₂; тонкодисперсный микрокремнезем МК85 с величиной удельной поверхности S_уд=2000 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- указанный портландцемент 43,20-44,80 - указанное пеностекло 25,30-25,90 - указанный метакаолин 0,80-0,86 - указанный доменный шлак 6,50-6,78 - указанный микрокремнезем 4,20-4,32 - указанная добавка 0,40-0,44 - вода 18,00-18,50

По основному эффекту действия комплексная химическая добавка обладает повышенным пластифицирующе-водоредуцирующим эффектом действия и оказывает регулирующее действие на кинетику твердения, увеличивая прочность в раннем и проектном возрасте.

Присутствие в составе добавки электролита хлорида лития LiCl оказывает повышенное активирующее действие на все компоненты пеностеклобетонной смеси, увеличивая их степень химического взаимодействия с водой или степень гидратации и, как следствие, способствуя образованию повышенного количества гидратных фаз, которые в дальнейшем активно взаимодействуют с реакционно-активными нанодисперсиями диоксида кремния SiO₂, входящими в состав комплексной химической добавки, что обеспечивает образование новых гидратных фаз, в большинстве случаев, представленных низкоосновными гидросиликатами кальция, которые кристаллизуются, чаще всего, в виде прочных удлиненных волокон.

Образование повышенного количества гидратных фаз оказывает положительное влияние на уплотнение формирующейся структуры пеностеклобетона, способствуя образованию повышенного количества контактов между компонентами бетонной смеси теплоизоляционного бетона, что оказывает положительное влияние на физико-механические показатели создаваемого теплоизоляционного бетона.

Микрокремнезем, входящий в состав пеностеклобетонной смеси, в результате микроразмера способствует уплотнению создаваемого теплоизоляционного бетона и при этом, под действием используемой комплексной химической добавки, проявляет реакционную активность, образуя высокопрочные новые гидратные фазы и новые контакты, повышая плотность и прочность теплоизоляционного бетона.

Быстротвердеющий портландцемент, используемый при создании теплоизоляционного бетона, достаточно активно проявляет повышенную гидратационную активность в раннем возрасте, особенно в первые двое суток, что сопровождается выделением повышенного количества тепла, которое является благоприятным и необходимым для вовлечения и гидратационные процессы основных минералов доменного металлургического шлака и, как следствие, образование кальций-магниевых гидросиликатов положительно влияет на повышение плотности формирующейся структуры искусственного камня и на повышение прочности создаваемого теплоизоляционного бетона.

Использование метакаолина при создании пеностеклобетонной смеси, особенно в присутствии комплексной химической добавки, оказывает положительное влияние на повышение связности высокоподвижной бетонной смеси и повышение непроницаемости и устойчивости к трещинообразованию теплоизоляционного бетона.

Все вышеперечисленное оказывает положительное влияние на создание теплоизоляционного бетона, отличающегося повышенной прочностью на сжатие в раннем и проектном возрасте, повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью.

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

Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано для изготовления конструкций в промышленном и гражданском строительстве.

Пример конкретного выполнения.

Готовят бетонную смесь для теплоизоляционного бетона следующим образом.

1. Приготовление комплексной химической добавки с плотностью ρ=1,038 г/см³ и значением рН=8,0.

1.1. Дозируют водный раствор поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером метакриловой кислоты с плотностью ρ=1,46 г/см³, значением рН=6,5.

1.2. Дозируют водный раствор золя кремниевой кислоты SiO₂⋅nH₂O с плотностью ρ=1,023 г/см³ и значением рН=4,0, содержащий нанодисперсии диоксида кремния SiO₂.

1.3. Дозируют водный раствор электролита хлорида лития LiCl с плотностью ρ=1,036 г/см³ и значением рН=8,5.

1.4. Компоненты, отдозированные по п. 1.1.-1.3, транспортируют в лопастную мешалку, в которой все компоненты тщательно перемешивают до получения однородного раствора с плотностью ρ=1,038 г/см³ и значением рН=8,0; готовый раствор комплексной химической добавки транспортируют в накопительную емкость.

2. Приготовление бетонной смеси для теплоизоляционного бетона.

2.1. Дозируют быстротвердеющий цемент.

2.2. Дозируют пеностекло фракции 0,63-1,25 мм с насыпной плотностью D=300 кг/м³.

2.3. Дозируют тонкомолотый доменный шлак металлургического производства с величиной удельной поверхности S_уд=500 м²/кг, в состав которого входят кальций-магниевый силикаты 2CaO⋅Al₂O₃⋅SiO₂; 2CaO⋅MgO⋅2SiO₂.

2.4. Дозируют тонкодисперсный микрокремнезем МК85 с величиной удельной поверхности S_уд=2000 м²/кг.

2.5. Дозируют метакаолин, основной фазой которого является силикат алюминия Al₂O₃⋅2SiO₂, с величиной удельной поверхности S_уд=1500 м²/кг и величиной насыпной плотности D=420 кг/м³.

2.6. Дозируют воду.

2.7. Дозируют комплексную химическую добавку, приготовленную по п. 1.4.

2.8. Отдозированную по п. 2.7 комплексную химическую добавку транспортируют в отдозированную по п. 2.6 воду.

2.9. Все компоненты, отдозированные по п. 2.1-2.8, транспортируют в бетоносмеситель любой модификации, используемый на строительном объекте, в котором осуществляется тщательное перемешивание всех компонентов до получения однородной подвижной бетонной смеси, которую используют для приготовления теплоизоляционного бетона, который в дальнейшем используют по назначению для изготовления строительных конструкций в промышленном и гражданском строительстве, и параллельно отбирают пробу бетонной смеси, из которой изготавливают образцы размерами 100×100×100 мм для определения прочности на сжатие в раннем и проектном возрасте и для определения морозостойкости теплоизоляционного бетона, а также изготавливают образцы-цилиндры диаметром 150 мм и высотой 150 мм для определения водонепроницаемости теплоизоляционного бетона. После изготовления образцы хранят в камере нормального твердения при температуре 20±2°С и влажности w≥95%.

Определение прочности на сжатие осуществлялось по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

Определение морозостойкости осуществлялось по ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости».

Определение водонепроницаемости осуществлялось по ГОСТ 12730.5-2018 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости».

Составы сырьевой смеси для теплоизоляционного бетона представлены в таблице 1; результаты испытаний теплоизоляционного бетона по исследуемым параметрам представлены в таблице 2, которые показали, что прочность на сжатие превышает проектное значение в возрасте 1 суток на 45%, в возрасте 28 суток - на 59%, морозостойкость увеличивается относительно проекта в 2,6 раза и водонепроницаемость повышается в 3,0 раза относительно проектных значений.

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для ремонта, усиления и изготовления строительных конструкций в промышленном и гражданском строительстве. Теплоизоляционный бетон получен из смеси, включающей, мас.%: быстротвердеющий портландцемент 43,20-44,80, пеностекло фракции 0,63-1,25 мм с насыпной плотностью 300 кг/м³ 25,30-25,90, метакаолин с удельной поверхностью S_уд=1500 м²/кг и насыпной плотностью 420 кг/м³ 0,80-0,86, доменный шлак металлургического производства с удельной поверхностью S_уд=500 м²/кг 6,50-6,78, микрокремнезем с удельной поверхностью S_уд=2000 м²/кг 4,20-4,32, комплексную химическую добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,038 г/см³ и значением рН=8,0, 0,40-0,44, воду 18,00-18,50. При этом указанный водный раствор комплексной добавки получен из водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером метакриловой кислоты с плотностью ρ=1,46 г/см³ и значением рН=6,5, 39,0-40,4 мас.%; золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,023 г/см³ и значением рН=4,0, содержащего нанодисперсии диоксида кремния, 26,4-27,0 мас.%; водного раствора электролита хлорида лития с плотностью ρ=1,036 г/см³ и значением рН=8,5 33,2-34,0 мас.%. Технический результат – повышение прочности на сжатие в раннем и проектном возрасте, повышение водонепроницаемости и морозостойкости бетона. 2 табл., 1 пр.

Теплоизоляционный бетон, полученный из смеси, включающей портландцемент, глину, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве портландцемента содержит быстротвердеющий портландцемент; в качестве глины содержит метакаолин, основной фазой которого является силикат алюминия Al₂O₃⋅2SiO₂, с величиной удельной поверхности S_уд=1500 м²/кг и величиной насыпной плотности D=420 кг/м³; в качестве добавки – комплексную химическую добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,038 г/см³ и значением рН=8,0, состоящую из водного раствора поликарбоксилатного полимера, представленного сополимером метакриловой кислоты с плотностью ρ=1,46 г/см³ и значением рН=6,5; золя кремниевой кислоты SiO₂⋅nH₂O с плотностью ρ=1,023 г/см³ и значением рН=4,0, содержащим нанодисперсии диоксида кремния SiO₂; водного раствора электролита хлорида лития LiCl с плотностью ρ=1,036 г/см³ и значением рН=8,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный поликарбоксилатный полимер 39,0-40,4 указанный золь кремниевой кислоты 26,4-27,0 указанный электролит 33,2-34,0,

дополнительно содержит пеностекло фракции 0,63-1,25 мм с насыпной плотностью D=300 кг/м³; тонкомолотый доменный шлак металлургического производства с величиной удельной поверхности S_уд=500 м²/кг, в состав которого входят кальций-магниевый силикаты 2СаО⋅Al₂O₃⋅SiO₂; 2CaO⋅MgO⋅2SiO₂; тонкодисперсный микрокремнезем с величиной удельной поверхности S_уд=2000 м²/кг, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный портландцемент 43,20-44,80 указанное пеностекло 25,30-25,90 указанный метакаолин 0,80-0,86 указанный доменный шлак 6,50-6,78 указанный микрокремнезем 4,20-4,32 указанная добавка 0,40-0,44 вода 18,00-18,50