Патент на изобретение №2332388

(54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

(57) Реферат:

Изобретение относится к составу высокопрочного бетона и может быть использовано для изготовления изделий в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Технический результат – понижение усадки и водопоглощения и повышение водонепроницаемости. Высокопрочный бетон содержит комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: золь гидрооксида железа (III) Fe(OH)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 99,83-99,87, сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ 0,13-0,17 и следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%: портландцемент 22,48-28,61, песок 23,00-25,60, щебень 36,30-39,00, указанная добавка 0,69-0,92, вода 11,40-12,00. 1 табл.

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 повышенная усадка и повышенное водопоглощение, а также недостаточная водонепроницаемость.

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 H₂SiO₃ с плотностью =1,014 г/см³, рН 5…6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.

Недостатком данного технического решения является повышенная усадка и повышенное водопоглощение, а также недостаточная водонепроницаемость.

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 H₂SiO₃ с плотностью =1,014 г/см³, рН 5…6, добавку – калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ 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
H2SiO3 с плотностью =1,014 г/см3, рН 5…6	0,25-0,27
Добавка – калий железистосинеродистый К4Fe(CN)6	0,44-0,47
Вода	12,10-12,15

Недостатком данного технического решения является повышенная усадка, повышенное водопоглощение, а также пониженная водонепроницаемость.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с пониженной усадкой, пониженным водопоглощением и повышенной водонепроницаемостью.

Поставленная задача достигается тем, что высокопрочный бетон содержит портландцемент, песок, щебень, добавку и воду. Новым, по сравнению с высокопрочным бетоном, выбранным за прототип, является то, что добавка является комплексной составляющей из золя гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Золь гидрооксида железа (III) Fe(ОН)3 с
плотностью =1,021 г/см3, рН 4,0…5,0	99,83-99,87
Сульфат алюминия Al2(SO4)3	0,13-0,17

и следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃, имеет катион с максимально большим положительным зарядом (3+), что повышает устойчивость золя гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃, который имеет коллоидную частицу с положительным зарядом, а также в твердеющей системе способствует ускорению гидратационных процессов и вовлечению в гидратационный процесс большего количества молекул основных минералов портландцемента. Это подтверждается проведенными дифференциально-термическими исследованиями, которые показали, что относительные потери массы активированного камня увеличились на 47% по сравнению с контрольным образцом и при этом общие потери составляют 3,4%. Добавка, представленная золем, имеет структурированную коллоидную частицу, которая состоит из ядра, диффузного и адсорбционного слоев. Присутствие в твердеющей системе структурного элемента оказывает влияние на всю систему, и, в частности, вблизи коллоидной частицы будет происходить структурирование и воды, вследствие чего протон водорода становится более подвижным и возможно передвижение протона по следующей схеме:

Наличие свободного протона оказывает влияние на смещение кислотно-основного равновесия в твердеющей системе, которое и приводит к усилению гидратационных процессов, а также комплексная добавка, представленная золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, в твердеющей системе способствует образованию гидросиликатов волокнистой структуры типа CSH (I), что обнаружено при помощи рентгенофазовых исследований, и, как следствие, их присутствие в повышенном количестве способствует уплотнению структуры, понижению усадки и водопоглощения, а также повышению водонепроницаемости.

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 комплексной добавки, представленной золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, а именно, увеличивает гидратационную активность цемента, результатом чего является понижение усадки на 82,8% до значения 0,43 мм/м, понижение водопоглощения на 66,2% до значения 2,3 отн.% и повышение в два раза водонепроницаемости до значения 16 атм по сравнению с контрольным бездобавочным составом.

Смесь, включающая портландцемент, песок, щебень и комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого пониженным значением усадки, водопоглощения и повышенным значением водонепроницаемости.

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 комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, следующим образом.

К 100 см³ кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора хлорида железа FeCl₃. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа (III) Fe(ОН)₃ конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа (III) Fe(ОН)₃ имеет вишнево-коричневый цвет. Затем золь модифицируют добавлением сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ в количестве 0,15%.

Таким образом, получают комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, которая представляет собой жидкость вишнево-коричневого цвета.

Отдозированную комплексную добавку, представленную золем гидрооксида железа (III) Fe(ОН)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃, помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок – Мкр.=2,1, щебень фр. 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 усадки, водопоглощения и водонепроницаемости.

Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях, и результаты испытаний согласно ГОСТ 10180-90 «Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний.», ГОСТ 12730.3-78 «Метод определения водопоглощения» и ГОСТ 12730.5-84 «Методы определения водонепроницаемости» представлены в таблице.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению характеризуется пониженной усадкой на 82,8% до значения 0,43 мм/м, пониженным водопоглощением на 66,2% до значения 2,3 отн.% и повышенной в два раза водонепроницаемостью до значения 16 атм по сравнению с контрольным бездобавочным составом.

Таблица
№ образца	Состав высокопрочного бетона, мас.%									Усадка, мм/м/%	Водопоглощение, %/отн.%	Водонепроницаемость, атм
	Портланд-цемент М400 Д20	Заполнитель		Добавка					Вода
		Песок с Мкр.=2,2	Щебень, фр. 5-10 мм	Золь H2SiO3 с плотностью =1,014 г/см3 и рН 5…6	Калий железносинеродистый K4Fe(CN)6	Золь Fe(ОН)3 с плотностью =1,021 г/см3
						Кол-во комплексной добавки	рН/кол-во золя	Сульфат алюминия Al2(SO4)3, % от массы золя
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1 прототип	45,33	15,06	26,77	0,26	0,46	–	–	–	12,12	0,500	3,40	12
2 контрольный	26,55	24,30	37,65	–	–	–	–	–	11,50	2,500	6,80	8
3	22,48	25,60	39,00	–	–	0,92	4,0/99,83 99,85 99,87	0,17	12,00	0,444	2,46	16
								0,15	12,00	0,445	2,45	16
								0,13	12,00	0,444	2,45	16
4	25,55	24,30	37,65	–	–	0,80	4,0/99,83 9,85 99,87	0,17	11,70	0,430	2,42	16
								0,15	11,70	0,440	2,40	16
								0,13	11,70	0,430	2,41	16
5	28,61	23,00	36,30	–	–	0,69	4,0/99,83 99,85 99,87	0,17	11,40	0,447	2,49	16
								0,15	11,40	0,445	2,47	16
								0,13	11,40	0,450	2,48	16
6	22,48	25,60	39,00	–	–	0,92	4,5/99,83 99,85 99,87	0,17	12,00	0,445	2,39	16
								0,15	12,00	0,435	2,38	16
								0,13	12,00	0,445	2,40	16
7	25,55	24,30	37,65	–	–	0,80	4,5/99,83 99,85 99,87	0,17	11,70	0,460	2,32	16
								0,15	11,70	0,430	2,30	16
								0,13	11,70	0,450	2,33	16
8	28,61	23,00	36,30	–	–	0,69	4,5/99,83 99,85 99,87	0,17	11,40	0,460	2,39	16
								0,15	11,40	0,435	2,36	16
								0,13	11,40	0,470	2,38	16
9	22,48	25,60	39,00	–	–	0,92	5,0/99,83 99,85 99,87	0,17	12,00	0,480	2,50	16
								0,15	12,00	0,463	2,48	16
								0,13	12,00	0,470	2,51	16
10	25,55	24,30	37,65	–	–	0,80	5,0/99,83 99,85 99,87	0,17	11,70	0,469	2,49	16
								0,15	11,70	0,460	2,40	16
								0,13	11,70	0,465	2,47	16
11	28,61	23,00	36,30	–	–	0,69	5,0/99,83 99,85 99,87	0,17	11,40	0,476	2,56	16
								0,15	11,40	0,466	2,49	16
								0,13	11,40	0,472	2,54	16

Формула изобретения

Высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что комплексной добавкой является золь гидрооксида железа (III) Fe(OH)₃ с плотностью =1,021 г/см³, рН 4,0…5,0 и сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Золь гидрооксида железа (III) Fe(OH)3 с
плотностью =1,021 г/см3, рН 4,0…5,0	99,83-99,87
Сульфат алюминия Al2(SO4)3	0,13-0,17

и следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%: