СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR CONCRETE PRODUCTS MANUFACTURE

Изобретение относится к области производства строительных конструкций, а именно к способам изготовления изделий из бетона и железобетона, и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Известен способ изготовления бетонных изделий (Баженов Ю.М. Технология бетона. М. - 2002. С. 331-332), включающий сушку бетонных изделий, вакуумирование, пропитку мономером и полимеризацию, в котором полимеризацию жидкого мономера осуществляют непосредственно в теле бетона термокаталитическим способом. После пропитки бетона изделие или конструкцию нагревают до 70-120°C и через несколько часов жидкий мономер превращается в твердый полимер, плотно заклеивая все поры бетона. В качестве мономера используют метилметакрилат в количестве 2-5% по массе бетона или 4-10% по объему бетона. Метилметакрилат является легкоиспаряющимся веществом, поэтому обработку им бетонного изделия проводят в закрытых контейнерах, заворачивая или покрывая изделия непроницаемыми пленками, погружая в метилметакрилат.
Недостатком данного технического решения является повышенная истираемость изготовленного бетонного изделия.
2
Известен способ изготовления бетонных изделий (SU 800169, C04B 41/63, опубл. 30.01.1981 г.), включающий формование и твердение изделий, последующую их пропитку раствором электролита при воздействии постоянным током. При этом способе с целью повышения прочности и термической стойкости бетонных изделий пропитку осуществляют раствором жидкого стекла при воздействии постоянным током плотностью 1,25-2,00 А/дм в течение 10-20 мин.
Недостатком данного технического решения является повышенная истираемость изготовленного бетонного изделия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления бетонных изделий (SU 500210, C04B 41/63, опубл. 19.04.1976 г.), в котором пропитку осуществляют в водном растворе дивинилстирольного латекса, а именно латекса СКС-65ГП, с содержанием сухих веществ 6-10%. Раствор латекса проникает в поры затвердевшего бетона, вступает в химическое воздействие с минералами цементного камня, в результате чего продукты химического взаимодействия заполняют поры бетона, понижая его общую пористость, что увеличивает коррозионную стойкость бетона и его прочность.
Недостатком данного технического решения является повышенная истираемость изготовленного бетонного изделия.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение истираемости изготавливаемого бетонного изделия.
3
3
3
Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления бетонных изделий включает формование изделия, пропитку изделия с последующим твердением, причем пропитку осуществляют в растворе, состоящем из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=3,5-4,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Жидкое натриевое стекло
плотностью ρ=1,45 г/см<sup>3</sup>,
водородным показателем pH=12
73,00-75,00
Золь гидроксида алюминия Al(OH)<sub>3</sub>
с плотностью ρ=1,12 г/см<sup>3</sup>,
водородным показателем pH=3,5-4,5
25,00-27,00
в течение 72 часов при температуре 20-30°C.
Идея технологии пропитки бетонных изделий зольсодержащими растворами состоит в следующем. Бетонные изделия из цементных бетонов представляют собой капиллярно-пористое тело, способное осуществлять капиллярный подсос зольсодержащего раствора, а зольсодержащий раствор, на примере раствора золя ортокремниевой кислоты, способен к взаимодействию с составляющими бетонного изделия (см. табл. 1).
0
298
После поглощения бетонным изделием зольсодержащих растворов осуществляются реакции, которые приводят к понижению уровня свободной энергии твердеющей системы (энергии Гиббса ΔG, кДж) за счет роста количества новых гидратных фаз в искусственном камне. В соответствии с законом сохранения энергии часть энергии химического процесса трансформируется в физико-механические и деформативные характеристики камня: прочность при сжатии, прочность на растяжение при изгибе и т.д. Это происходит за счет увеличения количества гидратных фаз и увеличения удельной прочности, т.е. коэффициента конструктивного качества материала.
Исходя из вышесказанного видно, что есть взаимосвязь между уровнем понижения энергии в твердеющей системе и показателями улучшения механических свойств бетонного изделия за счет капиллярного подсоса с последующим взаимодействием частиц раствора с составляющими бетона.
0
298
В качестве показателя улучшения свойств выбран уровень понижения свободной энергии Гиббса, -ΔG [кДж], который, как известно, характеризует ту часть изменения энергии системы, которая может превратиться в полезную работу. В данном случае превращение происходит в работу по увеличению физико-механических свойств бетонного изделия. Можно сделать вывод, что капиллярный подсос зольсодержащего раствора в бетонном изделии влияет на свойства поверхностей и на механические свойства всего бетонного изделия.
0
298
Таким образом, рассматриваемый энергетический аспект связан с представлениями о понижении свободной энергии Гиббса -ΔG процессов взаимодействия составляющих бетонного изделия как своего рода мере повышения полезной работы системы и как основы достижения положительного изменения физико-механических характеристик.
Частицы гидроксида алюминия могут нести отрицательный или положительный заряд в зависимости от pH среды. Как установил Кольтгоф, точка электрической нейтральности (точка нулевого заряда) золя гидроксида алюминия соответствует pH=6,5-7,5. Наибольшая скорость гидролиза солей алюминия наблюдается при pH=4,9-5,5. В результате использования данного сочетания золей в комплексной добавке получается сверхсуммарный эффект, который проявляется в понижении истираемости изготавливаемых бетонных изделий.
3
Пример 1. Осуществление предлагаемого способа заключается в том, что в лабораторной бетономешалке готовят бетонную смесь следующего состава, кг/м:
Цемент (портландцемент ПЦ400 Д20)=600 кг;
Песок карьерный с модулем крупности Мкр. 2,26=610 кг;
Щебень гранитный фракции 5-10 мм=914 кг;
Вода=276 кг;
Водоцементное отношение (В/Ц)=0,46.
Из этой смеси, согласно ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости», формуют образцы-кубы размером 7×7×7 см.
3
3
3
Бетонные изделия после набора распалубочной прочности помещают в ванну с раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=3,5, пропитывают в этом растворе в течение 72 часов при температуре 20°C.
3
3
3
Пример 2. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 20°C.
3
3
3
Пример 3. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 20°C.
3
3
3
Пример 4. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=3,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.
3
3
3
Пример 5. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 25°C.
3
3
3
Пример 6. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.
3
3
3
Пример 7. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=3,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.
3
3
3
Пример 8. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем рН=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 30°C.
3
3
3
Пример 9. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH) с плотностью ρ=1,12 г/см, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ изготовления бетонных изделий не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.
По мнению авторов и заявителя, 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.
После окончательного выдерживания образцов, подвергнутых тепловой обработке, производят испытание их в соответствии с ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости» в проектном возрасте 28 суток, представлены в таблице 2.
2
Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает, что предлагаемый способ изготовления бетонных изделий по данному изобретению уменьшает истираемость на 11% до значения 0,68 г/см по сравнению с прототипом.