RU2323910C1 - High-strength concrete - Google Patents

Abstract

FIELD: building.

SUBSTANCE: invention refers to the sphere of building materials and can be used for manufacturing the concrete products in civil and industrial building, and also during constructing the buildings for special purpose. The high - strength concrete has the ratio, mass%: portland cement 23.6-26.9, send 23.7-25.2, crush 36.8-38.4, sol Fe(ОН)₃ with the density ρ=1.018 g/cm³, pH=4.5-5.5 0.7-0.76, the water 11.9-12.04.

EFFECT: it is created the high - strength concrete with the heightened strength and with heightened meaning of impact toughness.

1 tbl

Description

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.The invention relates to building materials and can be used for the manufacture of concrete products in civil and industrial engineering, as well as in the construction of structures for special purposes.

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.A known raw material mixture for the manufacture of high-strength concrete (Yu.M. Bazhenov. Concrete technology. Publishing House of the Association of Building Universities (DIA), Moscow, 2002, p. 377), containing Portland cement, silica-containing component, sand, gravel, silicate flour, additive and water.

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и при изгибе, а также пониженное значение ударной прочности.The disadvantage of this technical solution is the lack of compressive and bending strength, as well as a reduced value of impact strength.

Известна сырьевая смесь для изготовления высокопрочного бетона (RU, патент №2256629, МПК С04В 28/04, дата публикации 20.07.2005 г.), содержащая портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем Н₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³, рН 5...6, добавку «ДЭЯ-М» и воду.Known raw mix for the manufacture of high-strength concrete (RU, patent No. 2256629, IPC С04В 28/04, publication date 07/20/2005) containing Portland cement, sand, gravel, silica-containing component, represented by H ₂ SiO ₃ sol with density ρ = 1,014 g / cm ³ , pH 5 ... 6, the addition of "DEA-M" and water.

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность при сжатии и при изгибе, а также пониженное значение ударной прочности.The disadvantage of this technical solution is the lack of compressive and bending strength, as well as a reduced value of impact strength.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является высокопрочный бетон (RU, патент №2256630, МПК С04В 28/04, дата публикации 20.07.2005 г.), содержащий: портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, представленный золем Н₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³, рН 5...6, добавку - калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:Closest to the technical nature of the claimed invention is high-strength concrete (RU, patent No. 2256630, IPC С04В 28/04, publication date 07/20/2005), containing: Portland cement, sand, gravel, silica-containing component represented by H ₂ SiO ₃ sol with a density ρ = 1.014 g / cm ³ , pH 5 ... 6, the additive is potassium ferruginous K ₄ Fe (CN) ₆ and water in the following ratio of components, wt.%:

ПортландцементPortland cement 43,58-47,0843.58-47.08 ПесокSand 14,43-15,6914.43-15.69 ЩебеньCrushed stone 25,7-27,8425.7-27.84 Кремнеземсодержащий компонент,Silica-containing component   представленный золем Н₂SiO₃ сrepresented by sol H ₂ SiO ₃ with   плотностью ρ=1,014 г/см³, рН 5...6density ρ = 1,014 g / cm ³ , pH 5 ... 6 0,25-0,270.25-0.27 Добавка - калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ Additive - potassium ferruginous K ₄ Fe (CN) ₆ 0,44-0,470.44-0.47 ВодаWater 12,1-12,1512,1-12,15

Недостатком данного технического решения является ограниченность максимального значения прочности при сжатии и при изгибе, а также недостаточное значение ударной прочности.The disadvantage of this technical solution is the limited maximum strength in compression and bending, as well as the insufficient value of impact strength.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с повышенной прочностью при сжатии и при изгибе в проектном возрасте и повышенным значением ударной прочности.The problem to which the invention is directed, is the creation of high-strength concrete with increased compressive strength and bending at the design age and an increased value of impact strength.

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 представлена золем Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5...5,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:The task is achieved in that high-strength concrete contains Portland cement, sand, gravel, additive and water. New compared with the high-strength concrete selected for the prototype, is that the additive is represented by Fe (OH) ₃ sol with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5 ... 5.5 in the following ratio of components, wt. %:

ПортландцементPortland cement 23,6-26,923.6-26.9 ПесокSand 23,7-25,223.7-25.2 ЩебеньCrushed stone 36,8-38,436.8-38.4 Золь Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5...5,5Sol Fe (OH) ₃ with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5 ... 5.5 0,7-0,760.7-0.76 ВодаWater 11,9-12,0411.9-12.04

Золь Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5...5,5 имеет коллоидную частицу с положительным зарядом, что способствует усилению гидратационных процессов в твердеющей системе. Наличие акцепторных орбиталей у вводимых коллоидных частиц с положительным зарядом способствует взаимодействию их с молекулами воды и повышению концентрации протонов в системе, которые будут взаимодействовать с основными центрами поверхности цемента α'(↓↑) по ЛьюисуSol Fe (OH) ₃ with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5 ... 5.5 has a colloidal particle with a positive charge, which helps to enhance hydration processes in the hardening system. The presence of acceptor orbitals in the introduced colloidal particles with a positive charge promotes their interaction with water molecules and an increase in the concentration of protons in the system, which will interact with the main centers of the cement surface α '(↓ ↑) according to Lewis

α'

α'

α '

α '

Представленные схемы указывают на увеличение гидратационной активности цемента в присутствии золя Fe(ОН)₃. Наличие золя Fe(ОН)₃ в твердеющей системе способствует образованию гидросиликатов волокнистой структуры типа CSH (I), что обнаружено при помощи рентгенофазовых исследований и, как следствие, их присутствие повышает прочность при сжатии и, особенно, при изгибе.The presented schemes indicate an increase in the hydration activity of cement in the presence of sol Fe (OH) ₃ . The presence of Fe (OH) ₃ sol in the hardening system promotes the formation of fibrous hydrosilicates of the CSH (I) type, which was detected by X-ray phase studies and, as a result, their presence increases the compressive strength and, especially, bending.

Кроме того золь Fe(ОН)₃ оказывает пластифицирующее действие на цементную смесь, уменьшая количество воды затворения на 10% и при этом способствует формированию плотной структуры, обеспечивая также повышение прочности при сжатии и при изгибе и повышение значения ударной прочности.In addition, the Fe (OH) ₃ sol has a plasticizing effect on the cement mixture, reducing the amount of mixing water by 10% and at the same time contributes to the formation of a dense structure, while also providing increased compressive and bending strength and an increase in impact strength.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителей, заявляемый высокопрочный бетон не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.At the filing date, according to the authors and applicants, the claimed high-strength concrete is not known and this technical solution has world novelty.

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство в присутствии золя Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³ и рН 4,5...5,5, а именно, увеличивает подвижность бетонной смеси, а также увеличивает гидратационную активность цемента, результатом чего является повышение прочности при сжатии бетона на 54%, при изгибе на 59% и ударной прочности на 188% по сравнению с контрольным бездобавочным составом.The claimed combination of essential features exhibits a new property in the presence of Fe (OH) ₃ sol with a density ρ = 1.018 g / cm ³ and a pH of 4.5 ... 5.5, namely, it increases the mobility of the concrete mixture and also increases the hydration activity of cement , the result of which is an increase in compressive strength of concrete by 54%, in bending by 59% and impact strength by 188% compared with the control non-additive composition.

Смесь, включающая портландцемент, песок и щебень, добавку, представленную золем Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5...5,5, обеспечила получение высокопрочного бетона, характеризуемого повышенной прочностью при сжатии и при изгибе в проектном возрасте и повышенным значением ударной прочности.The mixture, including Portland cement, sand and crushed stone, the additive represented by Fe (OH) ₃ sol with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5 ... 5.5, provided high-strength concrete characterized by increased compressive strength and when bending at design age and increased impact strength.

По мнению заявителей и авторов, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.According to applicants and authors, the claimed invention meets the eligibility criteria - inventive step.

Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.The claimed invention is industrially applicable and can be used in civil and industrial engineering, as well as in the construction of structures for special purposes.

Готовят сырьевую смесь (золь гидроксида железа (III)) следующим образом:A raw mix is prepared (sol of iron (III) hydroxide) as follows:

К 100 см³ кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора FeCl₃. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь гидроксида железа имеет вишнево-коричневый цвет.3-4 drops of a saturated solution of FeCl ₃ are added to 100 cm ^{3 of} boiling water. In this case, hydrolysis of iron chloride proceeds vigorously and the appearing molecules of iron hydroxide condense into colloidal particles. The resulting sol of iron hydroxide has a cherry-brown color.

Таким образом, получают золь Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5...5,5, который представляет собой жидкость вишнево-коричневого цвета.Thus, a sol of Fe (OH) _{3 is} obtained with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5 ... 5.5, which is a cherry-brown liquid.

Отдозированный золь Fe(ОН)₃ помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок - Мкр.=2,1, щебень фр. 5-10 мм и воду, содержащую отдозированную добавку - золь Fe(ОН)₃ помещают в бетоносмеситель, где осуществляется перемешивание компонентов и приготовление бетонной смеси, из которой изготавливают требуемые бетонные изделия и образцы для контроля качества по параметрам прочности при сжатии и изгибе, а также ударной прочности.Dosed Fe sol (OH) _{3 is} placed in dosed water. Dosage components of the raw mix: Portland cement M400, sand - Micr. = 2.1, crushed stone fr. 5-10 mm and water containing a dosed additive - Fe (OH) ₃ sol is placed in a concrete mixer, where the components are mixed and the concrete mixture is prepared, from which the required concrete products and samples are made for quality control by compression and bending strength parameters, and also impact strength.

Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях и результаты испытаний согласно ГОСТ 10180-90 «Методы определения прочности по контрольным образцам» представлены в таблице.Concrete hardening was carried out under normal conditions and the test results according to GOST 10180-90 "Methods for determining the strength of control samples" are presented in the table.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемый высокопрочный бетон по данному изобретению повышает прочность в проектном возрасте (28 суток) при сжатии на 54%, при изгибе на 59% и ударную прочность 188% по сравнению с контрольным бездобавочным составом.The analysis of the data presented in the table shows that the proposed high-strength concrete according to this invention increases the strength at the design age (28 days) by compression by 54%, by bending by 59% and impact strength of 188% compared with the control non-additive composition.

№ образцаSample No. Состав высокопрочного бетона, мас.%The composition of high-strength concrete, wt.% Прочность при сжатии в возрасте 28 суток, МПа/%Compression strength at the age of 28 days, MPa /% Портланд-цемент М400Portland Cement M400 ЗаполнительAggregate ДобавкаAdditive ВодаWater При сжатииUnder compression При изгибеWhen bending На ударTo hit Песок Мкр.=2,1Sand Micr. = 2.1 Щебень, фр.=5-10 ммCrushed stone, fr. = 5-10 mm Золь Н₂SiO₃ с плотностью ρ=1,014 г/см³ и рН 5...6Sol Н ₂ SiO ₃ with density ρ = 1.014 g / cm ³ and pH 5 ... 6 Калий железистосинеродистый K₄Fe(CN)₆ Potassium ferruginous K ₄ Fe (CN) ₆ Золь Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³ и рНSol Fe (OH) ₃ with a density ρ = 1,018 g / cm ³ and pH 4,54,5 5,05,0 5,55.5 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 11eleven 1212 1313 1 контрольный1 control 45,3345.33 15,0615.06 26,7726.77           12,8412.84 48,6/10048.6 / 100 8,3/1008.3 / 100 0,16/1000.16 / 100 2 прототип2 prototype 45,3345.33 15,0615.06 26,7726.77 0,260.26 0,4550.455       12,312.3 70,7/14570.7 / 145 9,9/1199.9 / 119 0,24/1500.24 / 150 33 23,623.6 25,225,2 38,438,4     0,760.76     12,0412.04 74,0/15274.0 / 152 12,9/15512.9 / 155 0,44/2750.44 / 275 4four 23,623.6 25,225,2 38,438,4       0,760.76   12,0412.04 74,2/15374.2 / 153 13,0/15713.0 / 157 0,45/2810.45 / 281 55 23,623.6 25,225,2 38,438,4         0,760.76 12,0412.04 73,9/15273.9 / 152 12,8/15412.8 / 154 0,43/2690.43 / 269 66 25,2525.25 24,4524.45 37,637.6     0,730.73     11,9711.97 74,6/15374.6 / 153 13,1/15813.1 / 158 0,46/2880.46 / 288 77 25,2525.25 24,4524.45 37,637.6       0,730.73   11,9711.97 74,8/15474.8 / 154 13,2/15913.2 / 159 0,46/2880.46 / 288 88 25,2525.25 24,4524.45 37,637.6         0,730.73 11,9711.97 74,6/15374.6 / 153 13,0/15713.0 / 157 0,46/2880.46 / 288 99 26,926.9 23,723.7 36,836.8     0,70.7     11,911.9 74,3/15374.3 / 153 12,8/15412.8 / 154 0,44/2750.44 / 275 1010 26,926.9 23,723.7 36,836.8       0,70.7   11,911.9 74,1/15274.1 / 152 13,0/15713.0 / 157 0,45/2810.45 / 281 11eleven 26,926.9 23,723.7 36,836.8         0,70.7 11,911.9 74,2/15374.2 / 153 12,7/15312.7 / 153 0,43/2690.43 / 269

Claims (1)

Высокопрочный бетон, включающий портландцемент, песок, щебень, добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве добавки использован золь Fe(ОН)₃ с плотностью ρ=1,018 г/см³, рН 4,5-5,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:High-strength concrete, including Portland cement, sand, crushed stone, additive and water, characterized in that as an additive used sol Fe (OH) ₃ with a density ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5-5.5 in the following ratio of components , wt.%: ПортландцементPortland cement 23,6-26,923.6-26.9 ПесокSand 23,7-25,223.7-25.2 ЩебеньCrushed stone 36,8-38,436.8-38.4 Золь Fe(ОН)₃ с плотностьюFe sol (OH) ₃ with density   ρ=1,018 г/см³, рН 4,5-5,5ρ = 1.018 g / cm ³ , pH 4.5-5.5 0,7-0,760.7-0.76 ВодаWater 11,9-12,0411.9-12.04