ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН
HIGH-STRENGTH CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона для гражданского и промышленного строительства.
3
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2256629, С04В 28/04, 20.07.2005 г.), содержащая портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты с плотностью ρ=1.014 г/см, рН=5…6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.
Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и повышенная ползучесть за счет недостаточного пластифицирующего эффекта действия используемой добавки и недостаточной плотности затвердевшего камня.
3
4
6
Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU №2331602, С04В 28/04, 20.08.2008 г.), содержащая портландцемент, песок, щебень, воду и комплексную добавку состава, мас.%: золь гидрооксида железа с плотностью ρ=1.021 г/см, рН=4.5 - 84.85-85.20; гексацианоферрат (II) калия K[Fe(CN)]-0.80-0.85; суперпластификатор С-3 - 14.00-14.30.
4
6
Недостатком данного технического решения является невысокая прочность при сжатии (50.70-51.70 МПа), использование химических реагентов - K[Fe(CN)], солей железа для получения комплексной добавки, повышенный расход комплексной добавки (0.6-0.8%).
2
3
4
6
3
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU №2256630, С04В 28/04, 20.07.2005 г.), содержащий портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем кремниевой кислоты HSiO с плотностью ρ=1.014 г/см, рН 5…6, добавку калий железистосинеродистый K[Fe(CN)] 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 кремниевой кислоты
H<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> с плотностью ρ=1.014 г/см<sup>3</sup>, рН=5…6
0.25-0.27
Добавка - калий железистосинеродистый K<sub>4</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]
0.44-0.47
Вода
12.10-12.15
4
6
Недостатком данного технического решения является повышенный расход цемента, недостаточно высокая прочность при сжатии, использование дефицитного и дорогостоящего компонента - калия железистосинеродистого K[Fe(CN)]. Сложна и энергозатратна технология получения кремнеземсодержащего компонента из жидкого стекла: получение силикат-глыбы при температуре 1400-1450°С, дробление и помол силикат-глыбы и автоклавная обработка. Кроме того, получение золя из жидкого стекла требует следующих операций: разбавление дистиллированной водой жидкого натриевого стекла, прохождение раствора жидкого натриевого стекла через катионитовую колонку с целью освобождения от катионов натрия и последующей регенерации катионита серной кислотой.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии при более низком расходе цемента и добавки.
3
Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, согласно изобретению добавка с плотностью ρ=1.041 г/см, рН=1.4 содержит хлорид кальция, золь кремниевой кислоты, золи гидроокисла железа и гидроокисла алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
19.3-23.3
Песок
29.2-30.4
Щебень
38.1-40.1
Вода
9.33-10.10
Добавка с плотностью
ρ=1.041 г/см<sup>3</sup>, рН=1.4.
0.07-0.10
2
2
3
2
3
2
4
4
3
3
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются новый качественный состав добавки и количественное соотношение ингредиентов готового продукта - бетона. Добавка в заявляемом бетоне представлена хлоридом кальция, золями кремниевой кислоты, гидроокислов алюминия и железа. Она получена путем растворения портландцемента в соляной кислоте. Химический состав портландцемента колеблется в следующих пределах: СаО - 62-68%, SiO -20-24%, AlO - 4-7%, FeO - 0.5-6% (Болдырев А.С. Справочник «Строительные материалы», М.: Стройиздат., общ/ кол-во 567 с., 58 с.). Следовательно, при взаимодействии соляной кислоты с силикатами, алюминатом и алюмоферритами кальция портландцемента, в результате обменных реакций, образуется хлористый кальций, кремниевая кислота, гидроокислы железа и алюминия, содержание которых в золе, считая на сухие компоненты, лежат в пределах, %: СаСl - 70.2-76.1; HSiO - 19.7-19.9; Al(OH) - 3.7-5.59; Fe(OH) - 4.14-4.19. Данные колебания соотношений перечисленных компонентов зависят только от химического состава цемента и не зависят от концентрации золя. Однако должно быть выдержано соотношение 1N соляной кислоты к портландцементу по массе не менее 1.21, при меньшем соотношении не происходит полного растворения цемента. О том, что кремниевая кислота, гидроокислы алюминия и железа находятся в коллоидном состоянии в виде золя свидетельствует тот факт, что при хранении раствора на открытом воздухе золь переходит в желатиноподобный прозрачный гель. При этом в структуре геля находится хлористый кальций. Таким образом, добавка одновременно содержит золи трех видов: гидроокислов многовалентных металлов алюминия и железа, кремниевой кислоты и ускоритель твердения цемента - хлористый кальций. Известно, что коллоидные частицы в виде золя попадают в интервал наночастиц, которые способствуют кольматации микропор гелем, что приводит к уплотнению структуры бетона, а следовательно, улучшению основных технических характеристик. Предлагаемая добавка обладает пластифицирующим действием и повышает гидратационную активность цемента, о чем свидетельствуют экспериментальные данные, полученные на цементном камне (табл.1). За контроль взят состав цемент + вода при в/ц=24%, отвечающей нормальной густоте.
Таблица 1.
Влияние золя на гидратационную активность цемента.
№
в/ц, %
Время и условия твердения, сут
Предел прочности при сжатии, МПа
Водополощение по массе, %
Кол-во добавки в % от массы цемента
Конт-роль
Кол-во добавки в % от массы цемента
Конт-роль
0.2
0.4
0.6
0.2
0.4
0.6
1
24
28 суток в воде
65.4
70.9
68.5
60.0
3.0
2.2
2.7
3.9
2
24
28 суток в воде + 1 час при t=100°C
90.2
99.7
87.0
61.0
Анализ полученных результатов показал (см. табл.1), что оптимальное количество добавки лежит в пределах 0.35-0.45% от массы цемента, что в составе бетона соответствует 0.07-0.1% от общей массы бетона. В результате сушки образцов с целью определения водопоглощения было выявлено повышение прочности цементного камня, что связано с ускорением процесса перехода золя в гель и уплотнением структуры цементного камня. По сравнению с контрольным образцом прочность при сжатии повысилась на 60%, а водопоглощение уменьшилось на 70%.
2
4
4
3
3
кр
3
Готовят сырьевую смесь следующим образом. Предварительно получают добавку: в 100 мл 1N раствора соляной кислоты растворяют навеску портландцемента массой 3 г. Цемент вводят постепенно во избежание перегрева раствора и испарения НСl, так как процесс растворения сопровождается выделением тепла. Образуется прозрачная золь, которая в зависимости от химического состава содержит в 100 мл, в г: СаСl - 3.68-4.04; HSiO - 0.954-0.146; Al(OH) - 0.183-0.321; Fe(OH) - 0.020-0.241. Общая суммарная концентрация на 100 мл золя составляет 4.83-5.74 г. Полученная добавка имеет плотность ρ=1.041 г/см, рН=1.4. Хранят золь в закрытой емкости, при хранении его на открытом воздухе устойчивость золи теряется через 14 суток. Отдозированную добавку помещают в воду для затворения бетонной смеси. Отдозированные компоненты сырьевой смеси при следующем соотношении компонентов бетона, мас.%: портландцемент М400 Д0: 19.300-23.300, песок - М=2.1:29.200 - 30.400, щебень 5-10 мм: 38.100-40.100, воду 9.330-10.100, содержащую предварительно растворенную добавку: 0.070-0.100, помещают в бетоносмеситель, где осуществляют перемешивание компонентов и приготовление бетонной смеси, из которой изготавливают образцы для контроля качества по ГОСТ 10180-90.
Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний представлены в таблице 2. За контроль взят состав согласно ГОСТ 27006-86 «Правила подбора состава бетона».
Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает, что расход цемента для получения высокопрочного бетона меньше, чем в прототипе, в два раза, водопотребность сырьевой смеси понижается на 26%, снижение расхода добавки в 8,5 раз.
Предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению по сравнению с прототипом повышает прочность при сжатии в проектном возрасте (28 суток) на 25%.