ЛЕГКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМПОЗИТ
LIGHTWEIGHT CONSTRUCTION COMPOSITE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций, в монолитном строительстве объектов гражданского, промышленного и транспортного строительства [С04В 28/04, С04В 38/08, С04В 20/10, С04В 111/40].
Из уровня техники известен ПЕРВИЧНЫЙ БЕТОН С ПРЕВОСХОДЯЩИМ ПОЛИМЕРОМ [WO 2017165896 (А1), опубл.: 28.09.2017], в котором проницаемая бетонная композиция, содержащая супервпитывающий полимер в пропорции 0,03 0,07 мас.% цемента, предпочтительно примерно 0,045 мас.% цемента, тем самым обеспечивая соотношение вода: цемент 0,35:0,50. Сверхабсорбентный полимер может представлять собой сшитый сополимер полиакрилата натрия, акриламида и акриловой кислоты, который вводят в порошкообразной форме в бетонную смесь, где он гидратируется в процессе перемешивания. Таким образом, указанные здесь проницаемые бетонные композиции могут быть изготовлены с желаемым соотношением вода: цемент и без необходимости в добавках, понижающих водопоглощение, или добавках, модифицирующих вязкость. Изобретение, кроме того, включает способы установки проницаемых бетонных композиций.
Техническим результатом данного аналога является получение бетона с высокой проницаемостью для дренажа воды с поверхности бетонных изделий. Недостатком такого решения является применение гранулированного суперабсорбирующего полимера, способствующего формированию высокой пористости и как следствие низкой прочности материала, не позволяющих применять его в ответственных конструкциях.
2
Также известен ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЛЕГКИЙ ФИБРОБЕТОН [RU 2548303 С1, опубл.: 20.04.2015], полученный из смеси, содержащей цемент, микрокремнезем со средним размером частиц 0,01-1 мкм, каменную муку, продукт измельчения кварцевого песка с удельной поверхностью 700-800 м/кг, кварцевый песок фракции 0,16-0,63 мм, гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе, базальтовое и/или полипропиленовое волокно и воду, дополнительно содержит наполнитель микросферы при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 34,5-52,7, микрокремнезем - 7,0-13,65, указанная каменная мука - 1,5-11,9, указанный кварцевый песок - 5,1-31,3, микросферы - 4,3-19,2, указанный гиперпластификатор - 0,3-0,48, указанное волокно - 0,3-1,5, вода - остальное. Техническим результатом аналога является повышение прочности при изгибе и сжатии, улучшение деформативных свойств. Несмотря на достижение указанного технического результата, аналог не лишен недостатков, одним из которых является влияние волокна на вязкость и технологичность строительного раствора, а также сложность при введении его в состав сухой строительной смеси.
2
Наиболее близким по технической сущности является НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН [RU 2718443 С1, опубл.: 06.04.2020], содержащий портландцемент, наполнитель, пластификатор и воду, а также минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, имеющего средний размер частиц 0,01…1 мкм, каменной муки (продукт измельчения кварцевого песка или другой горной породы, содержащей кремнезем) с площадью удельной поверхности 750 м/кг и кварцевого песка фракции 0,16-0,63 мм, в качестве пластификатора используется гиперпластификаторы на поликарбоксилатной основе, наполнителем выступают полые алюмосиликатные микросферы, отличающийся тем, что дополнительно на поверхности полых микросфер содержится наноразмерный модификатор, представляющий собой коллоидный раствор золя кремневой кислоты и золя гидроксида железа (III) с размером частиц менее 30 нм, где концентрация кремневой кислоты в форме H2SiO3 составляет 3,02%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
портландцемент
41,3…45,8
микрокремнезем
6,92…7,65
указанная каменная мука
1,78…5,86
указанный кварцевый песок
2,7…14,7
наномодифицированные алюмосиликатные микросферы
15,4…20,8
в том числе указанный наномодификатор
0,010…0,012
указанный пластификатор
0,410…0,458
вода
остальное
Основной технической проблемой прототипа является необходимость контроля тепло-влажностного режима для обеспечения твердения вяжущего и достижения высоких показателей механических свойств.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является получение легкого строительного композита с высокой удельной прочностью при твердении в неблагоприятных условиях.
2
Указанный технический результат достигается за счет того, что легкий строительный композит, содержащий портландцемент, наполнитель - алюмосиликатные микросферы, гиперпластификатор - MELFLUX 1641F, минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, каменной муки с удельной поверхностью 700-800 см/г и кварцевого песка фракции 0,16-0,63 мм, комплексный модификатор и воду, отличающийся тем, что комплексный модификатор, включает раствор акрилатного гидрогеля и гидрозоль диоксида кремния с массовым содержанием диоксида кремния 29-31 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%
портландцемент
41,2-47,4
микрокремнезем
6,85-7,93
указанная каменная мука
2,20-7,77
указанный кварцевый песок
3,8-20,4
полые алюмосиликатные микросферы
7,9-19,5
комплексный модификатор
0,824-0,950
в том числе
раствор акрилатного гидрогеля
0,516-0,595
гидрозоль диоксида кремния
0,308-0,355
указанный гиперпластификатор
0,454-0,520
вода
остальное
Осуществления изобретения
Для приготовления легкого строительного композита используют портландцемент, например, марки ЦЕМ I 42,5 N по ГОСТ 31108-2016.
2
2
Минеральная часть содержит кварцевый песок фракционированный с фракцией 0,16-0,63 мм, каменную муку с удельной поверхностью 700-800 м/кг, преимущественно 750 м/кг и микрокремнезем, обеспечивающие заполнение межзерновых пустот наполнителя, образуя плотную структуру.
В качестве наполнителя используют полые алюмосиликатные микросферы, характерные свойства которых обеспечивают снижение средней плотности.
В качестве пластификатора используют гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов типа «Melflux 1641F», что позволяет увеличить подвижность и снизить водопотребность легкого строительного композита. Гиперпластификатор «Melflux 1641F» - порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Гиперпластификатор используют как разжижитель и противоусадочный компонент для сухих строительных смесей и бетонов на основе портландцемента.
1
2
3
Комплексный модификатор представляет собой водный раствор многокомпонентного акрилатного гидрогеля «Реновир-гидрогель» с соотношением компонентов A:А:А:В = 1:0,021:0,084:0,003, обеспечивающим его полимеризацию не ранее 15 минут и гидрозоля диоксида кремния «Лейксил 30» с массовой концентрацией диоксида кремния 29…31%. Комплексный модификатора в составе композита обеспечивает наличие необходимого запаса воды и гидрозоля диоксида кремния на поздних этапах твердения композита, который достигается отложенной полимеризацией полиакрилата в растворе и последующей десорбции нанокремнезема, участвующего в синтезе дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов кальция и в формировании мелкокристаллического портландита. Это обеспечивает комплексный эффект по сохранению воды в материале для гидратации вяжущего и повышению стойкости легкого строительного композита к воздействию эксплуатационных факторов. Легкий строительный композит готовят следующим образом.
Предварительно перемешивают портландцемент, каменную муку и микрокремнезем с микросферами для образования равномерного слоя на поверхности наполнителя. Готовят комплексный модификатор путем последовательного совмещения воды затворения, гидрозоля диоксида кремния и акрилатного гидрогеля. Сухие компоненты загружают в смеситель, добавляют комплексный модификатор с растворенным гиперпластификатором и перемешивают до получения однородной смеси, после чего добавляют фракционированный песок и перемешивают в соответствии с EN 196-1-ASTM С305.
Для проверки достижения технического результата были проведены испытания трех, с различным содержанием компонент, составов приготовленных описанным выше способом легких строительных композитов. Испытания проводились по ГОСТ 12730.1-2020 «Бетоны. Методы для определения плотности» и ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы для определения прочности по контрольным образцам». Для проведения испытаний из приготовленной смеси с содержанием компонент (см. Таблица 1), были изготовлены образцы в виде кубиков размером 40×40×160 мм.
Подвижность легкого строительного композита оценивали по диаметру расплыва конуса размерами D×d×h - 101,6×69,9×50,8 мм на встряхивающем столике (ASTM С230) в соответствии с методикой согласно п. 1.3 ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
Удельную прочность рассчитывали по формуле:
сж
отн
отн
ср
о
ср
o
где R - предел прочности при сжатии, МПа, ρ - относительная плотность: ρ=ρ/ρ; ρ - средняя плотность бетона; ρ - плотность воды.
Физико-механические свойства образцов легкого строительного композита оценивали в возрасте 28 суток при условиях нормального твердения (температура - 20±1°С, влажность - 85±2%) и после твердения в неблагоприятных для гидравлических материалов условиях (температура - 25-30°С, влажность - 50-60%). Потерю удельной прочности рассчитывали по формуле:
где  - удельная прочность после твердения в неблагоприятных условиях, МПа.
Физико-механические свойства легкого строительного композита, определенные по результатам испытаний, приведены в таблице 2.
В результате испытания, как видно из таблицы 2, установлено, что предлагаемый легкий строительный композит обеспечивает высокие механические свойства (прочность при изгибе от 4,7 до 5,2 МПа при нормальных условиях твердения и от 4,6 до 5,1 МПа при неблагоприятных условиях твердения, прочность при сжатии от 48,8 до 53,1 МПа при нормальных условиях твердения и от 45,7 до 50,4 МПа при неблагоприятных условиях твердения), что подтверждает высокую удельную прочность при твердении в неблагоприятных условиях и обеспечивает достижение технического результата. Потеря удельной прочности при этом для легкого строительного композита при твердении составляет от 3,2 до 4,9%, что является низким.