высокопрочный бетон

Формула изобретения

Высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, состоящую из золя гидроксида железа (III) с плотностью, равной 1,021 г/см³ , водородным показателем 4,5-5,5 и пластификатора, отличающийся тем, что в качестве пластификатора содержит суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ-3МБ», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Золь гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см³,

водородным показателем 4,5-5,5	15,50-16,00
Суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ-3МБ»	84,00-84,50

при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Портландцемент	19,95-26,85
Песок	21,80-24,70
Щебень	42,40-44,50
Указанная добавка	1,55-2,10
Вода	7,40-8,75

Описание изобретения к патенту

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 недостаточная прочность при сжатии бетона.

Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, № 2256629, С04В 28/04, опубл.: 20.07.2005 г.), содержащая: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем ортокремниевой кислоты с плотностью 1,014 г/см³, водородным показателем 5-6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии бетона.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, № 2425814, С04В 28/04, 22/06, 24/24, 111/20, опубл.: 10.08.2011 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, добавка является комплексной и состоит из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см³, водородным показателем 4,5-5,5 и гиперпластификатора «Peramin SMF-10» на основе поликарбоксильных полимеров шведской компании «Perstorp» (ASTM C494 тип F, DIN 1045, BS 5075 части 1 и 3, EN 934-2), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Золь гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3,
водородным показателем 4,5-5,5	85,50-86,00
Гиперпластификатор «Peramin» SMF-10	14,00-14,50

при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Портландцемент	20,60-27,40
Песок	21,80-24,70
Щебень	42,40-44,50
Указанная добавка	1,00-1,45
Вода	7,40-8,75

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

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии.

Технический результат достигается тем, что высокопрочный бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку, состоящую из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см³, водородным показателем 4,5-5,5 и пластификатора, отличающийся тем, что в качестве пластификатора содержит суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ-3МБ», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Золь гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см3,
водородным показателем 4,5-5,5	15,50-16,00
Суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ-3МБ»	84,00-84,50

при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Портландцемент	19,95-26,85
Песок	21,80-24,70
Щебень	42,40-44,50
Указанная добавка	1,55-2,10
Вода	7,40-8,75

Добавка «Полипласт-3МБ» является суперпластификатором, использование которой повышает подвижность бетонных смесей от П1 до П5, и при этом параллельно интенсивно протекает реакция взаимодействия золя с гидролизной известью, обеспечивая прирост прочности бетона в первые сутки его твердения. По эксплуатационным свойствам суперпластификатор «Полипласт-3МБ» отвечает требованиям, предъявляемым к пластифицирующим, водоредуцирующим и повышающим прочность добавкам по ГОСТ 24211.

Для равноподвижного состава с предлагаемой добавкой прирост прочности бетона в 1 сутки составил 65%. Отметим, что достигнутое водоредуцирование составило 20%, что превышает обычный диапазон 15-18% для известных суперпластификаторов на нынешних цементах.

Золь гидроксида железа (III) имеет коллоидную частицу с положительным зарядом, что способствует усилению гидратационных процессов, а в сочетании с суперпластификатором «Полипласт-3МБ» дает сверхсуммарный эффект, который заключается в повышении прочности при сжатии, что позволяет получить высокопрочный бетон улучшенного качества.

Анализ полученных данных таблицы показывает, что предлагаемая комплексная добавка оказывает пластифицирующее действие на цементсодержащую систему, уменьшая количество воды затворения на 14%, при этом водоцементное отношение уменьшается с 0,34 до 0,25, что способствует формированию более плотной структуры.

Результатом применения данной комплексной добавки является повышение прочности при сжатии бетона в проектном возрасте на 59% до значения 88,1 МПа.

На Фиг.1 показана рентгенограмма контрольного (бездобавочного) состава высокопрочного бетона.

На Фиг.2 показана рентгенограмма прототипа.

На Фиг.3 показана рентгенограмма состава разработанного бетона.

На рентгенограммах, показанных на Фиг.1, 2 и 3, условно обозначены: - гидроокись кальция; - алит; - тоберморитоподобные гидросиликаты.

Рентгенографические методы анализа широко используются для изучения структуры, состава и свойств различных материалов, и в том числе, строительных. Широкому распространению рентгенографического анализа способствовала его объективность, универсальность, быстрота многих его методов, точность и возможность решения разнообразных задач, часто не доступных для других методов исследования. С помощью рентгенографического анализа исследуют: качественный и количественный минералогический и фазовый состав материалов (рентгенофазовый анализ).

Применение рентгеновского излучения для исследования кристаллических веществ основано на том, что его длина волны сопоставима с межатомным расстоянием в кристаллической решетке, которая поэтому и является естественной дифракционной решеткой для него. Сущность рентгеновских методов анализа и заключается в изучении дифракционной картины, получаемой при отражении рентгеновских лучей атомными плоскостями в структуре кристаллов.

Отраженный пучок рентгеновских лучей, который может быть зарегистрирован, возникает лишь в том случае, если будет соблюдаться указанное равенство. Лучи, отраженные во всех других направлениях и под другими углами, не удовлетворяющие уравнению Вульфа-Брэгга, взаимно погашаются.

Сущность качественного рентгенофазового анализа состоит в сопоставлении экспериментально определенных значений межплоскостных расстояний (d) и относительных интенсивностей (I) линий с эталонными рентгенограммами.

Проведенные физико-химические исследования при помощи рентгенофазового метода анализа показали, что в присутствии комплексной добавки, представленной золем гидроксида железа (III) в сочетании с суперпластификатором «Полипласт-3МБ» (Фиг.3), увеличивается гидратационная активность цемента в полученном бетоне по сравнению с контрольным бездобавочным бетоном (Фиг.1), о чем можно судить по значительному уменьшению линий при d/n=(2,77; 2,73; 2,63; 1,76) 10^-10 м, характерных для алита ( ). Следует отметить, что в присутствии комплексной добавки увеличивается интенсивность пиков при d/n=(4,93; 2,60; 1,93) 10^-10 м, характерных для образования гидроокиси кальция ( ), а также увеличивается интенсивность пиков при d/n=(2,85; 2,83; 2,42; 2,01) 10^-10 м, характерных для образования тоберморитоподобных гидросиликатов ( ), по сравнению с рентгенограммой прототипа (Фиг.2).

Таким образом, проведенные комплексные физико-механические и физико-химические исследования показали, что сочетание добавки золя гидроксида железа (III) и суперпластификатора «Полипласт-3МБ» является благоприятным, так как способствует повышению пластифицирующего эффекта комплексной добавки в целом. Комплексная добавка в представленном сочетании оказывает высокое пластифицирующее и активирующее действие на цементсодержащую твердеющую систему, способствуя повышению долговечности искусственного камня.

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

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии разработанной комплексной добавки, состоящей из золя гидроксида железа (III) с плотностью 1,021 г/см³ и водородным показателем 4,5-5,5 и суперпластификатора «Полипласт-3МБ». Новое свойство состоит в увеличении подвижности бетонной смеси, а также увеличении гидратационной активности цемента, результатом чего является повышение прочности при сжатии бетона по сравнению с прототипом.

Смесь, включающая портландцемент, песок, щебень и предлагаемую комплексную добавку обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью при сжатии. Предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению повышает прочность в проектном возрасте (28 суток) при сжатии на 59% до значения 88,1 МПа по сравнению с прототипом.

По мнению заявителя и авторов, 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 сырьевую смесь (золь гидроокиси железа (III)) следующим образом: к 100 см³ кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора хлорида железа. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа (III) конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа (III) имеет вишнево-коричневый цвет.

Органоминеральный суперпластификатор «Полипласт-3МБ» состоит из суперпластификатора и высокодисперсного компонента, обладающего пуццолановой активностью. Добавка «Полипласт-3 МБ» представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот и обладающих пуццолановой активностью мелкодисперсных минеральных компонентов, по форме это светло-серый порошок с насыпной массой 650-850 кг/м³ , водородным показателем 9,4-9,6 (согласно паспорту изготовителя компании Полипласт).

Отдозированный золь и суперпластификатор «Полипласт-3МБ» помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок с модулем крупности 2,1, щебень фракции 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную комплексную 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.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению повышает прочность в проектном возрасте (28 суток) при сжатии на 59% до значения 88,1 МПа по сравнению с прототипом.

Таблица
№ образца	Состав высокопрочного бетона, мас.%								Параметры качества бетона
	Портландцемент М400	Заполнитель		Комплексная добавка				Вода
									ВЦ	Прочность при сжатии, МПа / %
		Песок с модулем крупности 2,1	Щебень фракции 5-10 мм	Состав, мас.%			Кол-во, %
				Суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ-3МБ»	Гиперпластификатор «Peramin» SMF-10	Золь гидроксида железа (III)
1 (прототип)	24,00	23,25	43,45	-	14,25	85,75	1,25	8,05	0,34	55,4/100
2	19,95	24,70	44,50	84,00	-	16,00	2,10	8,75	0,44	84,8/154
3	19,95	24,70	44,50	84,25	-	15,75	2,10	8,75	0,44	85,1/154
4	19,95	24,70	44,50	84,50	-	15,50	2,10	8,75	0,44	84,7/154
5	23,4	23,25	43,45	84,00	-	16,00	1,83	8,07	0,34	87,5/158
6	23,4	23,25	43,45	84,25	-	15,75	1,83	8,07	0,34	88,1/159
7	23,4	23,25	43,45	84,50	-	15,50	1,83	8,07	0,34	87,4/158
8	26,85	21,80	42,40	84,00	-	16,00	1,55	7,40	0,28	85,6/154
9	26,85	21,80	42,40	84,25	-	15,75	1,55	7,40	0,28	85,7/154
10	26,85	21,80	42,40	84,50	-	15,50	1,55	7,40	0,28	85,4/154