Патент на изобретение №2355656

(54) БЕТОННАЯ СМЕСЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к составам бетонных смесей. Технический результат – получение бетона с повышенными прочностными свойствами и водостойкостью. Бетонная смесь включает цемент, наполнитель, воду и базальтовое волокно диаметром 8-10 мкм и длиной 100-500 мкм, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа, имеющие межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, средний размер частиц 60-200 нм и насыпную плотность 0,6-0,8 г/см³, и многослойные углеродные нанотрубки, имеющие межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, взятым в количестве 0,0001-0,005 мас.ч. на одну мас.ч. базальтового волокна, причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно бетонная смесь содержит пластификатор – полинафталинметиленсульфонат натрия при следующем соотношении компонентов (% мас.): цемент 24-48, наполнитель 30-60, модифицированное базальтовое волокно 2-6, пластификатор 0,9-1,1, вода остальное. 1 табл.

Заявляемое изобретение относится к составам бетонных смесей, применяющихся для изготовления монолитных и сборных конструкций, используемых в строительстве.

Используемые в строительстве (гражданском, промышленном и др.) бетонные смеси должны давать бетон, обладающий высокими прочностными показателями, а также низким водопоглощением.

В качестве добавки, снижающей водопоглощение (или, что то же, повышающей водостойкость) изделий из бетона, часто применяется базальтовое волокно.

Известна бетонная смесь, включающая цемент, песок, воду и, в качестве армирующего компонента, модифицированное непрерывное базальтовое волокно диаметром 350-400 мкм, взятое в количестве 12-18% от массы смеси [заявка на патент РФ 94042107, МПК⁶ С04В 40/00, опубл. 27.10.96].

Однако базальтовое полотно большого диаметра, взятое в большом количестве, размешивается с трудом в смеси цемента и песка, поэтому для получения гомогенной смеси требуется очень продолжительное время, что технологически и экономически не выгодно.

Также известна бетонная смесь для изготовления канализационных труб и коллекторов, включающая в качестве наполнителя базальтовое грубое волокно диаметром 155,1-174,0 мкм и длиной 14-80 мм, равномерно распределенное и хаотично ориентированное в бетоне, взятое в количестве 4-10% от массы цемента [патент РФ 2190146, МПК⁷ F16Z 9/08, опубл. 27.09.2002].

Указанной бетонной смеси присущи те же недостатки, что и смеси по заявке РФ 94042107.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой является бетонная смесь, включающая цемент, кварцевый песок, воду и, в качестве армирующего элемента, отходы производства базальтового волокна в количестве 3,5-5,0% от массы смеси [патент РФ 2288198, МПК⁸ С04В 28/02, опубл. 27.01.2006]. Размеры (диаметр и длина) отходов базальтового волокна не указаны.

Бетонная смесь по патенту РФ 2288198 обладает морозостойкостью и водонепроницаемостью. Однако прочностные показатели ее не высоки.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении прочностных показателей и снижении водопоглощения бетона, изготовленного из заявляемой смеси.

Указанный технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая цемент, наполнитель, базальтовое волокно и воду, в качестве базальтового волокна содержит базальтовое волокно диаметром 8-10 мкм и длиной 100-500 мкм, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001-0,005 части модификатора на 1 часть базальтового волокна, в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно смесь содержит полинафталинметиленсульфонат натрия, взятый в качестве пластификатора, при следующем соотношении компонентов (% мас.):

Базальтовое волокно диаметром 8-10 мкм измельчают в дробилке молоткового типа или любой другой для получения отрезков длиной 100-500 мкм (0,1-0,5 мм).

Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа получены так, как это описано в патенте РФ 2196731, МПК⁷ С01В 31/02, 2003 и в ТУ 2166-004-13800624-2004, и имеют межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, средний размер частиц 60-200 нм и насыпную плотность 0,6-0,8 г/см³. Многослойные углеродные нанотрубки получены электродуговым распылением графита с последующей окислительной очисткой катодного депозита согласно ТУ 2166-004-13800624-2004. Многослойные углеродные нанотрубки имеют межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, как это свойственно соединениям фуллероидного типа. Указанные наноструктуры смешивают с базальтовым волокном в дробилке в процессе измельчения базальтового волокна.

В качестве цемента смесь включает цемент, например, марки М-500 ДО по ГОСТ 10178-85. Смесь включает также гравий любой фракции в зависимости от назначения бетонного изделия, кварцевый песок и/или алюмосиликатные микросферы, изготовленные согласно ТУ 5717-037-00284351-2002.

Пластификатор – полинафталинметиленсульфонат натрия – производится под маркой С-3 по ТУ 5870-005-58042865-05, он выпускается также под фирменным названием СП-1 группой компаний «Полипласт» по ТУ 5870-005-58042865-05.

Сухие компоненты бетонной смеси загружают в смеситель и перемешивают в течение 5-15 минут. Пластификатор С-3 растворяют в воде, раствор подают в смеситель и смесь перемешивают в течение 5-10 минут. Из полученной смеси изготавливают образцы для испытаний: кубики размером 100×100×100 мм и балочки размером 40×40×160 мм.

Испытания проводятся по следующим методикам:

– ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы для определения плотности;

– ГОСТ 12730.3-78. Бетоны. Методы для определения водопоглощения;

– ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы для определения прочности по контрольным образцам.

Составы бетонных смесей и их физико-механические показатели представлены в таблице.

При испытании в составе бетонной смеси используют базальтовое волокно диаметром 10 мкм и длиной 500 мкм.

Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа имеют межслоевое расстояние 0,36 нм, средний размер частиц – 150 нм, насыпную плотность – 0,6 г/см³.

Многослойные углеродные нанотрубки с межслоевым расстоянием 0,35 нм.

Как видно из таблицы, использование базальтового волокна, модифицированного полиэдральными многослойными углеродными наноструктурами фуллероидного типа, приводит к заметному увеличению прочностных показателей бетона с одновременным снижением его водопоглощения, что, в свою очередь, приводит к улучшению его эксплуатационных качеств и продолжительности эксплуатации.

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая цемент, наполнитель, базальтовое волокно и воду, отличающаяся тем, что в качестве базальтового волокна смесь содержит волокно диаметром 8-10 мкм и длиной 100-500 мкм, модифицированное веществом, выбранным из группы, включающей полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа, имеющие межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, средний размер частиц 60-200 нм и насыпную плотность 0,6-0,8 г/см³, и многослойные углеродные нанотрубки, имеющие межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, взятым в количестве 0,0001-0,005, и многослойные углеродные нанотрубки, взятым в количестве 0,0001-0,005 мас.ч. на одну массовую часть базальтового волокна, причем в качестве наполнителя смесь содержит наполнитель, выбранный из группы, включающей смесь гравия с песком и смесь гравия с алюмосиликатными микросферами, и дополнительно смесь содержит полинафталинметиленсульфонат натрия в качестве пластификатора при следующем соотношении компонентов, мас.%: