RU2812138C1

RU2812138C1 - Freezing and thawing-resistant concrete material, method of its manufacture and application

Info

Publication number: RU2812138C1
Application number: RU2023105212A
Authority: RU
Inventors: Мин ЮАНЬ; Бо ЧЖЭН; Юньхун Лю; Цзянь У; Цзян Ду; Жуй Го; Фуэнь Ван; Юн Ли; Дачжао Чжао; Таотао Пэй; Цзин ЧЖАО
Original assignee: ООО Юго-западный научно-исследовательский институт "Китайской железнодорожной строительной корпорации"; ООО Северная инвестиционная компания "Китайской железнодорожной строительной корпорации"; ООО Скоростные автомагистрали Цзилинь "Китайской железнодорожной строительной корпорации"
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2024-01-23

Abstract

FIELD: construction materials.

SUBSTANCE: methods for producing concrete materials, in particular, concrete material that is resistant to freezing and thawing. The method for producing concrete material that is resistant to freezing and thawing involves the preparation of the following raw materials, parts by weight: 380-390 ordinary Portland cement; 750-760 medium-grained sand; 1000-1100 sorted crushed stone size 5-31.5 mm; 7.0-8.0 polycarboxylate agent; 2.0-3.0 basalt fiber, 20-22 liquid glass; 0.004-0.0045 disubstituted sodium phosphate; 0.0008-0.001 basalt fiber powder; 0.2-0.22 polyethylene glycol 200; and 180-200 water. Mix disodium phosphate, polyethylene glycol 200, basalt fiber powder and liquid glass. The resulting mixture is treated with ultrasound for 10-15 minutes, and the ultrasound frequency is 35-44 kHz to obtain modified liquid glass. At the first stage, dry ingredients in the form of basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are mixed until a homogeneous mass is obtained; adding 100 parts by weight water and mix. Next, add ordinary Portland cement, a polycarboxylate plasticizing agent, modified liquid glass and the remaining water, mixing them thoroughly until smooth. Pour the resulting mixture into the mold. The prepared concrete base is cured for 20-35 days. A silane water-repellent agent is applied to the surface of the hardened concrete base and curing is carried out for 3-10 days.

EFFECT: increasing the durability of concrete under conditions of frequent freezing and thawing.

7 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеField of technology to which the present invention relates

Настоящее изобретение относится к области техники бетонных материалов, в частности к устойчивому к замерзанию и оттаиванию бетонному материалу, способу его изготовления и применения.The present invention relates to the field of technology of concrete materials, in particular to a concrete material resistant to freezing and thawing, a method for its production and use.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Регионы с очень холодным климатом часто отличаются низкими температурами и большим перепадом температур в дневное и ночное время. Бетонные материалы в этих регионах часто подвергаются замораживанию и оттаиванию, что зачастую вызывают повреждение бетонных материалов вследствие замерзания и оттаивания, что в свою очередь значительно снижает долговечность бетонных конструкций, приводя к серьезным угрозам безопасности и нормальной эксплуатации инженерных конструкций. Особенно это касается бетонных материалов, используемых в высокогорных и холодных регионах, где следует уделять больше внимания долговечности материалов, а показатели морозостойкости являются наиболее важными показателями долговечности бетона в суровых регионах с холодным климатом. На основе этих предпосылок настоящим изобретением предложен устойчивый к замерзанию и оттаиванию бетонный материал, обладающий довольно высокими показателями морозостойкости и отвечающий требованиям долговечности бетона в регионах с холодным климатом, а также способ его изготовления и применения.Regions with very cold climates often have low temperatures and large temperature differences between day and night. Concrete materials in these regions are frequently subject to freezing and thawing, which often causes freeze-thaw damage to concrete materials, which in turn significantly reduces the durability of concrete structures, leading to serious threats to the safety and normal operation of engineering structures. This is especially true for concrete materials used in high altitude and cold regions, where more attention should be paid to the durability of the materials, and frost resistance indicators are the most important indicators of the durability of concrete in harsh regions with cold climates. Based on these premises, the present invention proposes a concrete material resistant to freezing and thawing, which has fairly high frost resistance and meets the durability requirements of concrete in regions with cold climates, as well as a method for its manufacture and use.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief Disclosure of the Present Invention

Цель настоящего изобретения заключается в устранении недостатков предшествующего уровня техники и в получении устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала, а также способов его изготовления и применения.The purpose of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a concrete material that is resistant to freezing and thawing, as well as methods for its manufacture and use.

Задача настоящего изобретения достигается за счет следующих технических решений: способ получения устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала, предусматривающий следующие стадии:The objective of the present invention is achieved through the following technical solutions: a method for producing concrete material that is resistant to freezing and thawing, involving the following stages:

S1. Подготовку следующего сырья (в весовых частях): 380-390 частей обычного портландцемента; 750-760 частей среднезернистого песка; 1000-1100 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 7,0-8,0 частей поликарбоксилатного агента; 2,0-3,0 части базальтового волокна, 20-22 части жидкого стекла; 0,004-0,0045 частей двузамещенного фосфата натрия; 0,0008-0,001 части порошка базальтового волокна; 0,2-0,22 части полиэтиленгликоля 200; и 180-200 частей воды;S1. Preparation of the following raw materials (in parts by weight): 380-390 parts of ordinary Portland cement; 750-760 parts of medium-grained sand; 1000-1100 parts of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 7.0-8.0 parts of polycarboxylate agent; 2.0-3.0 parts basalt fiber, 20-22 parts liquid glass; 0.004-0.0045 parts of disodium phosphate; 0.0008-0.001 parts of basalt fiber powder; 0.2-0.22 parts of polyethylene glycol 200; and 180-200 parts of water;

S2. Подготовку модифицированного жидкого стекла: смешивание двузамещенного фосфата натрия, полиэтиленгликоля 200, порошка базальтового волокна и жидкого стекла с использованием магнитного смесителя; и обработку полученной смеси ультразвуком в течение 10-15 мин, причем частота ультразвука составляет 35-44 кГц;S2. Preparation of modified liquid glass: mixing disodium phosphate, polyethylene glycol 200, basalt fiber powder and liquid glass using a magnetic mixer; and treating the resulting mixture with ultrasound for 10-15 minutes, the ultrasound frequency being 35-44 kHz;

S3. Подготовку бетонной основы: смешивание на первом этапе сухих ингредиентов в виде базальтового волокна, среднезернистого песка и отсортированного щебня до получения однородной массы; добавление небольшого количества воды и перемешивание; и последующее добавление обычного портландцемента, пластифицирующей добавки, модифицированного жидкого стекла и оставшейся воды с их тщательным перемешиванием до однородности и заливку полученной смеси в форму, причем смешивание на сухую длится 2-3 минуты;S3. Preparation of the concrete base: at the first stage, mixing dry ingredients in the form of basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone until a homogeneous mass is obtained; adding a small amount of water and stirring; and the subsequent addition of ordinary Portland cement, a plasticizing additive, modified liquid glass and the remaining water, thoroughly mixing them until smooth and pouring the resulting mixture into the mold, and dry mixing lasts 2-3 minutes;

S4. Отверждение бетонной основы: отверждение подготовленной бетонной основы в течение 20-35 дней, причем во время отверждения необходимо постелить на бетонную поверхность солому для сохранения требуемой температуры;S4. Curing the concrete base: cure the prepared concrete base for 20-35 days, and during curing it is necessary to lay straw on the concrete surface to maintain the required temperature;

S5. Отверждение устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала: нанесение на поверхность затвердевшей бетонной основы силанового гидрофобизирующего агента и отверждение в течение 3-10 дней.S5. Curing of freeze-thaw resistant concrete material: Apply a silane waterproofing agent to the surface of the hardened concrete base and cure for 3-10 days.

На стадии S1 длина базальтового волокна составляет 18-20 мм, диаметр – 13-18 мкм, плотность – 2700-3000 кг/м³, а предел прочности при растяжении – 3900-4800 МПа.At the S1 stage, the length of the basalt fiber is 18-20 mm, the diameter is 13-18 microns, the density is 2700-3000 kg/m ³ , and the tensile strength is 3900-4800 MPa.

Кроме того, на стадии S1 модуль жидкого стекла равен 2,0-2,5.In addition, at stage S1 the modulus of liquid glass is 2.0-2.5.

Описываемый обычный портландцемент представляет собой цемент P.O42.5.The ordinary Portland cement described is P.O42.5 cement.

Среднезернистый песок представляет собой мелкую крошку частиц размером от 0,25 мм до 0,5 мм.Medium-grained sand is a fine crumb of particles ranging in size from 0.25 mm to 0.5 mm.

На стадии S1 диаметр порошка базальтового волокна составляет 9-18 мкм, а его длина – 0-50 мкм. Способ приготовления порошка базальтового волокна заключается в следующем: базальтовое волокно после нарезки измельчается шаровой мельницей до размера 500 меш.At the S1 stage, the diameter of the basalt fiber powder is 9-18 microns, and its length is 0-50 microns. The method for preparing basalt fiber powder is as follows: after cutting, the basalt fiber is crushed by a ball mill to a size of 500 mesh.

Кроме того, в качестве силанового гидрофобизирующего агента используется смесь политриоксиметилсилана и силановой эмульсии, причем массовое отношение политриоксиметилсилана к силановой эмульсии составляет 5-7:4.In addition, a mixture of polytrioxymethylsilane and silane emulsion is used as a silane hydrophobizing agent, and the mass ratio of polytrioxymethylsilane to silane emulsion is 5-7:4.

При этом расход силанового гидрофобизирующего агента составляет 200-300 г/м².In this case, the consumption of the silane hydrophobizing agent is 200-300 g/ ^m2 .

На последующей стадии конкретный способ нанесения силанового гидрофобизирующего агента предусматривает следующее: очистка поверхности бетонной основы, ее освобождение от пыли и цементного молока и равномерное нанесение силанового гидрофобизирующего агента в два приема, причем интервал между нанесениями составляет 20-40 минут.At the next stage, a specific method for applying a silane water-repellent agent involves the following: cleaning the surface of the concrete base, freeing it from dust and cement laitance and uniformly applying the silane water-repellent agent in two steps, with the interval between applications being 20-40 minutes.

Предпочтительнее всего обрабатывать бетонную поверхность стальной щеткой, т.е. сначала очистить бетонную поверхность от цементного молока и пыли с помощью стальной щетки, а затем обработать ее воздуходувкой. Силановый гидрофобизирующий агент равномерно наносится в два приема, причем при первом нанесении силанового гидрофобизирующего агента его расход составляет 100-150 г/м², а после его естественного высыхания в течение 30 минут проводится повторное нанесение водостойкого силанового антифриза.It is preferable to treat the concrete surface with a steel brush, i.e. First, clean the concrete surface from cement laitance and dust using a steel brush, and then treat it with a blower. The silane water-repellent agent is evenly applied in two steps, and during the first application of the silane water-repellent agent, its consumption is 100-150 g/m ² , and after it has naturally dried for 30 minutes, the water-resistant silane antifreeze is re-applied.

Настоящим изобретением также предложен устойчивый к замерзанию и оттаиванию бетонный материал, полученный вышеупомянутым способом подготовки устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала.The present invention also provides a freeze-thaw resistant concrete material obtained by the above-mentioned method for preparing a freeze-thaw resistant concrete material.

Настоящим изобретением также предложено использование устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала, описанного выше, в качестве бетона для облицовки туннелей, бетона для водных каналов и бетона для конструкций плотин в регионах с холодным климатом.The present invention also provides the use of the freeze-thaw resistant concrete material described above as concrete for tunnel lining, concrete for water channels and concrete for dam structures in cold climate regions.

Принцип настоящего изобретенияPrinciple of the present invention

Настоящим изобретением обеспечивается высокая степень взаимной растворимости двузамещенного фосфата натрия и жидкого стекла; при этом фосфорно-кислородный тетраэдр [PO₄] и кремнекислородный тетраэдр [SiO₄] проникают друг в друга, образуя сетчатую структуру, тем самым увеличивая адгезию жидкого стекла; полиэтиленгликоль 200 увеличивает количество свободных гидроксильных групп в растворе жидкого стекла и уменьшает степень полимеризации коллоидных частиц в жидком стекле, и он пристает к поверхности коллоидных частиц геля за счет водородных связей или электростатического притяжения, образуя полимерный защитный слой, улучшая тем самым поверхностную потенциальную энергию и растворяющую способность частиц геля кремниевой кислоты в жидком стекле и предотвращая агрегацию и рост гелевых частиц с получением однородных и мелких гелевых коллоидных частиц. При этом после обработки ультразвуком порошок базальтового волокна равномерно распределяется в жидком стекле, замедляя старение жидкого стекла и предотвращая снижение связующего эффекта жидкого стекла при длительном воздействии низких температур на открытом воздухе.The present invention provides a high degree of mutual solubility of dibasic sodium phosphate and liquid glass; in this case, the phosphorus-oxygen tetrahedron [PO ₄ ] and the silicon-oxygen tetrahedron [SiO ₄ ] penetrate each other, forming a network structure, thereby increasing the adhesion of liquid glass; polyethylene glycol 200 increases the number of free hydroxyl groups in the liquid glass solution and reduces the degree of polymerization of colloidal particles in liquid glass, and it adheres to the surface of the colloidal gel particles through hydrogen bonding or electrostatic attraction, forming a polymer protective layer, thereby improving the surface potential energy and solvent ability of silicic acid gel particles in liquid glass and preventing the aggregation and growth of gel particles to obtain uniform and fine gel colloidal particles. Moreover, after ultrasonic treatment, basalt fiber powder is evenly distributed in liquid glass, slowing down the aging of liquid glass and preventing a decrease in the binding effect of liquid glass during prolonged exposure to low temperatures in the open air.

После добавления модифицированного жидкого стекла в бетонную основу облегчается заполнение пор внутри бетона однородными и мелкими гелевыми частицами в модифицированном жидком стекле, а гель кремниевой кислоты, образующийся в процессе отверждения, может дополнительно блокировать поры внутри бетона и изменять структуру бетона за счет изменения структуры пустот, уменьшая теплопроводность бетона и снижая воздействие внешней температуры на бетон, тем самым повышая устойчивость бетона к замерзанию и оттаиванию.After adding the modified liquid glass to the concrete base, it is easier to fill the pores inside the concrete with uniform and fine gel particles in the modified liquid glass, and the silicic acid gel formed during the curing process can further block the pores inside the concrete and change the structure of the concrete by changing the void structure, reducing thermal conductivity of concrete and reducing the effect of external temperature on concrete, thereby increasing the resistance of concrete to freezing and thawing.

За счет сухого смешивания базальтового волокна, среднезернистого песка и отсортированного щебня может быть реализовано состояние полного смешивания базальтового волокна и песка, а добавленное базальтовое волокно в итоге способствует достижению скоординированной трансформации бетона, улучшая его сопротивляемость растяжению и свойства непроницаемости, тем самым повышая морозостойкость бетона. Настоящее изобретение позволяет подобрать определенные технические характеристики и дозировку базальтового волокна, которые позволяют улучшить рабочие характеристики бетона, уплотнить продукты гидратации бетона, также дополнительно улучшить механические характеристики и долговечность бетона.By dry mixing basalt fiber, medium-grained sand and graded crushed stone, the state of complete mixing of basalt fiber and sand can be realized, and the added basalt fiber ultimately helps achieve coordinated transformation of concrete, improving its tensile strength and impermeability properties, thereby increasing the frost resistance of concrete. The present invention makes it possible to select certain technical characteristics and dosage of basalt fiber, which can improve the performance characteristics of concrete, compact the hydration products of concrete, and also further improve the mechanical characteristics and durability of concrete.

Наносимый на поверхность силановый гидрофобизирующий агент проникает на 3-5 мм внутрь поверхности бетона, что позволяет эффективно изолировать жидкость и сделать бетонную поверхность гидрофобной. Структура поверхности характеризуется определенным «эффектом листа лотоса», что повышает эффективность водонепроницаемости и улучшает характеристики замерзания и оттаивания.A silane hydrophobizing agent applied to the surface penetrates 3-5 mm into the concrete surface, which effectively isolates the liquid and makes the concrete surface hydrophobic. The surface structure is characterized by a certain "lotus leaf effect", which enhances the waterproof performance and improves the freezing and thawing performance.

Положительные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем:The positive effects of the present invention are as follows:

Устойчивый к замерзанию и оттаиванию бетонный материал согласно настоящему изобретению прошел 300 испытаний на замораживание и оттаивание в помещении, при этом эксплуатационные характеристики образца существенно не ухудшились. Настоящее изобретение позволяет значительно повысить долговечность бетона в условиях частого замораживания и оттаивания и реализовать потребность в морозостойком бетоне в регионах с холодным климатом.The freeze-thaw resistant concrete material of the present invention has undergone 300 indoor freeze-thaw tests without significantly degrading the performance of the sample. The present invention makes it possible to significantly increase the durability of concrete under conditions of frequent freezing and thawing and to realize the need for frost-resistant concrete in regions with cold climates.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

На фиг. 1 показан результат эксперимента по замораживанию и оттаиванию бетона, подготовленного по примеру 1. Рисунок слева отображает изначально подготовленный бетон, рисунок посередине отображает бетон после 150 циклов замораживания и оттаивания, а рисунок справа отображает бетон после 300 циклов замораживания и оттаивания;In fig. Figure 1 shows the result of a freeze-thaw experiment on concrete prepared in Example 1. The picture on the left shows the initially prepared concrete, the picture in the middle shows the concrete after 150 freeze-thaw cycles, and the picture on the right shows the concrete after 300 freeze-thaw cycles;

На фиг. 2 показан результат эксперимента по замораживанию и оттаиванию бетона, подготовленного по сравнительному примеру 1, при этом в левой части отображается изначально подготовленный бетон, а в правой части – бетон после 150 циклов замораживания и оттаивания;In fig. Figure 2 shows the result of an experiment on freezing and thawing concrete prepared according to comparative example 1, while the left side shows the initially prepared concrete, and the right side shows the concrete after 150 freezing and thawing cycles;

На фиг. 3 показан результат эксперимента по замораживанию и оттаиванию бетона, подготовленного по сравнительному примеру 2; при этом в левой части отображается изначально подготовленный бетон, рисунок посередине отображает бетон после 150 циклов замораживания и оттаивания, а в правой части показан бетон после 200 циклов замораживания и оттаивания;In fig. Figure 3 shows the result of an experiment on freezing and thawing concrete prepared according to comparative example 2; while the left side shows the initially prepared concrete, the picture in the middle shows concrete after 150 freeze-thaw cycles, and the right side shows concrete after 200 freeze-thaw cycles;

На фиг. 4 показан результат эксперимента по замораживанию и оттаиванию бетона, подготовленного по сравнительному примеру 3; при этом в левой части отображается изначально подготовленный бетон, в средней части показан бетон после 150 циклов замораживания и оттаивания, а в правой части показан бетон после 300 циклов замораживания и оттаивания; иIn fig. Figure 4 shows the result of an experiment on freezing and thawing concrete prepared according to comparative example 3; in this case, the left side shows the initially prepared concrete, the middle part shows concrete after 150 freezing and thawing cycles, and the right side shows concrete after 300 freezing and thawing cycles; And

На фиг. 5 показан результат эксперимента по замораживанию и оттаиванию бетона, подготовленного по сравнительному примеру 4; при этом левое изображение отображает изначально подготовленный бетон, среднее изображение отображает бетон после 150 циклов замораживания и оттаивания, а правое изображение показывает бетон после 200 циклов замораживания и оттаивания.In fig. Figure 5 shows the result of an experiment on freezing and thawing concrete prepared according to comparative example 4; with the left image showing the initially prepared concrete, the middle image showing the concrete after 150 freeze and thaw cycles, and the right image showing the concrete after 200 freeze and thaw cycles.

Подробное раскрытие конкретных вариантов осуществления настоящего изобретенияDetailed Disclosure of Specific Embodiments of the Present Invention

Ниже будет более подробно описано техническое решение согласно настоящему изобретению, раскрытое в привязке к прилагаемым фигурам, но объем правовой охраны настоящего изобретения последующим описанием не ограничен.Below, the technical solution according to the present invention will be described in more detail, disclosed in connection with the attached figures, but the scope of legal protection of the present invention is not limited to the following description.

Условия эксперимента:Experimental conditions:

Все компоненты, использованные в примерах осуществления настоящего изобретения, доступны на рынке, а характеристики каждого компонента представлены в Таблице 1.All components used in the embodiments of the present invention are available on the market, and the characteristics of each component are presented in Table 1.

Таблица 1Table 1

КомпонентComponent Технические характеристикиSpecifications Обыкновенный портландцементOrdinary Portland cement P.O42.5P.O42.5 Среднезернистый песокMedium sand ПромышленныйIndustrial Отсортированный щебень 5-31,5 ммSorted crushed stone 5-31.5 mm ПромышленныйIndustrial Поликарбоксилатный агентPolycarboxylate agent Стандартный тип SPC-100Standard type SPC-100 Базальтовое волокноBasalt fiber Длина 18-20 мм, диаметр 13-18 мкм, плотность 2700-3000 кг/м³, предел прочности при растяжении 3900-4800 МПаLength 18-20 mm, diameter 13-18 microns, density 2700-3000 kg/m ³ , tensile strength 3900-4800 MPa Натриевое жидкое стеклоSodium liquid glass Модуль 2,2-2,4, плотность 1,95-2,05 кг/м³, вязкость 120-140Modulus 2.2-2.4, density 1.95-2.05 kg/m ³ , viscosity 120-140 Двузамещенный фосфат натрияDisodium phosphate ПромышленныйIndustrial Порошок базальтового волокнаBasalt fiber powder Диаметр 9-18 микрон, длина 30-50 микрон (500 меш)Diameter 9-18 microns, length 30-50 microns (500 mesh) Полиэтиленгликоль 200Polyethylene glycol 200 ПромышленныйIndustrial ПолитриэтоксиметилсиланPolytriethoxymethylsilane ПромышленныйIndustrial Полипропиленовое волокноPolypropylene fiber Длина 18-20 мм, диаметр 18 мкм, плотность 900-920 кг/м³ Length 18-20 mm, diameter 18 microns, density 900-920 kg/m ³ Порошок полипропиленового волокнаPolypropylene Fiber Powder 500 меш500 mesh

Пример 1Example 1

Берется следующее сырье (в весовых частях): 380 частей обычного портландцемента; 750 частей среднезернистого песка; 1000 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 7,0 частей поликарбоксилатного агента; 2,0 части базальтового волокна; 22 части жидкого стекла; 0,0045 частей двузамещенного фосфата натрия; 0,001 части порошка базальтового волокна; 0,2 части полиэтиленгликоля 200; и 200 частей воды.The following raw materials are taken (in parts by weight): 380 parts of ordinary Portland cement; 750 parts medium-grained sand; 1000 pieces of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 7.0 parts polycarboxylate agent; 2.0 parts basalt fiber; 22 parts of liquid glass; 0.0045 parts of disodium phosphate; 0.001 parts basalt fiber powder; 0.2 parts polyethylene glycol 200; and 200 parts of water.

Подготовка модифицированного жидкого стекла: смешивание двузамещенного фосфата натрия, полиэтиленгликоля 200, порошка базальтового волокна и жидкого стекла с использованием магнитного смесителя; и обработка полученной смеси ультразвуком с частотой 44 кГц в течение 10 минут для получения модифицированного жидкого стекла.Preparation of modified liquid glass: mixing disodium phosphate, polyethylene glycol 200, basalt fiber powder and liquid glass using a magnetic mixer; and processing the resulting mixture with ultrasound at a frequency of 44 kHz for 10 minutes to obtain modified liquid glass.

Подготовка бетонной основы: взвешенное базальтовое волокно, среднезернистый песок и отсортированный щебень сначала смешиваются миксером в сухом виде до получения однородной массы. Время сухого смешивания составляет 2,5 минуты. Затем добавляется около 100 частей воды для мокрого замеса, после чего добавляется обычный портландцемент, модифицированное жидкое стекло, поликарбоксилатный агент и 100 частей воды с непрерывным перемешиванием до получения равномерной смеси.Preparation of the concrete base: suspended basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are first mixed dry with a mixer until a homogeneous mass is obtained. Dry mixing time is 2.5 minutes. Then about 100 parts of wet mixing water is added, followed by the addition of ordinary Portland cement, modified water glass, polycarboxylate agent and 100 parts of water with continuous mixing until a uniform mixture is obtained.

Полученная смесь заливается в форму и уплотняется вибрацией.The resulting mixture is poured into a mold and compacted by vibration.

Отверждение бетонной основы: готовая бетонная основа выдерживается до отверждения в течение 28 дней, при этом для теплоизоляции сверху укладывается солома.Curing the concrete base: The finished concrete base is cured for 28 days, with straw placed on top for insulation.

Изготовление устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала: после отверждения в течение 28 дней поверхность отвержденной бетонной основы обрабатывается стальной щеткой, при этом сначала с поверхности бетона стальной щеткой удаляется цементное молоко и пыль, а затем для очистки поверхности используется воздуходувка. После этого на поверхность бетонной основы после отверждения в течение 28 дней наносится силановый гидрофобизирующий агент. Процесс нанесения делится на 2 этапа. Сначала наносится силановый гидрофобизирующий агент из расчета 150 г/м², и через 30 минут после естественного высыхания силановый гидрофобизирующий агент наносится повторно также в объеме 150 г/м².Making freeze-thaw resistant concrete material: After curing for 28 days, the surface of the cured concrete base is treated with a steel brush, and the cement laitance and dust are first removed from the surface of the concrete with a steel brush, and then a blower is used to clean the surface. After this, a silane waterproofing agent is applied to the surface of the concrete base after curing for 28 days. The application process is divided into 2 stages. First, a silane water-repellent agent is applied at a rate of 150 g/ ^m2 , and 30 minutes after natural drying, the silane water-repellent agent is applied again in a volume of 150 g/ ^m2 .

Отверждение устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала: бетонная основа, покрытая силановым гидрофобизирующим агентом, отверждается в сухой среде в течение 8 дней.Curing of Freeze and Thaw Resistant Concrete Material: The concrete base coated with a silane water repellent agent is cured in a dry environment for 8 days.

Пример 2Example 2

Берется следующее сырье (в весовых частях): 390 частей обычного портландцемента; 760 частей среднезернистого песка; 1080 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 8,0 частей поликарбоксилатного агента; 2,5 части базальтового волокна; 20 частей жидкого стекла; 0,0040 частей двузамещенного фосфата натрия; 0,001 части порошка базальтового волокна; 0,2 части полиэтиленгликоля 200, 180 частей воды.The following raw materials are taken (in parts by weight): 390 parts of ordinary Portland cement; 760 parts medium-grained sand; 1080 pieces of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 8.0 parts polycarboxylate agent; 2.5 parts basalt fiber; 20 parts of liquid glass; 0.0040 parts of disodium phosphate; 0.001 parts basalt fiber powder; 0.2 parts polyethylene glycol 200, 180 parts water.

Подготовка бетонной основы: взвешенное базальтовое волокно, среднезернистый песок и отсортированный щебень сначала смешиваются миксером в сухом виде до получения однородной массы. Время сухого смешивания составляет 2,5 минуты. Затем добавляется около 90 частей воды для мокрого замеса, после чего добавляется обычный портландцемент, модифицированное жидкое стекло, поликарбоксилатный агент и 90 частей воды с непрерывным перемешиванием до получения равномерной смеси.Preparation of the concrete base: suspended basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are first mixed dry with a mixer until a homogeneous mass is obtained. Dry mixing time is 2.5 minutes. Then about 90 parts of wet mixing water is added, followed by the addition of ordinary Portland cement, modified water glass, polycarboxylate agent and 90 parts of water with continuous mixing until a uniform mixture is obtained.

Изготовление устойчивого к замораживанию и оттаиванию бетонного материала: после отверждения в течение 28 дней поверхность отвержденной бетонной основы обрабатывается стальной щеткой, при этом сначала с поверхности бетона стальной щеткой удаляется цементное молоко и пыль, а затем для очистки поверхности используется воздуходувка. После этого на поверхность бетонной основы после отверждения в течение 28 дней наносится силановый гидрофобизирующий агент. Процесс нанесения делится на 2 этапа. Сначала наносится силановый гидрофобизирующий агент из расчета 150 г/м², и через 30 минут после естественного высыхания силановый гидрофобизирующий агент наносится повторно также в объеме 150 г/м².Making freeze-thaw resistant concrete material: After curing for 28 days, the surface of the cured concrete base is treated with a steel brush, and the cement laitance and dust are first removed from the surface of the concrete with a steel brush, and then a blower is used to clean the surface. After this, a silane waterproofing agent is applied to the surface of the concrete base after curing for 28 days. The application process is divided into 2 stages. First, a silane water-repellent agent is applied at a rate of 150 g/ ^m2 , and 30 minutes after natural drying, the silane water-repellent agent is applied again in a volume of 150 g/ ^m2 .

Сравнительный пример 1 (отличие сравнительного примера 1 от примера 1 заключается в том, что в сравнительном примере 1 не добавляется модифицированное жидкое стекло, не добавляется базальтовое волокно, а снаружи не наносится слой силанового гидрофобизирующего агента).Comparative Example 1 (The difference between Comparative Example 1 and Example 1 is that Comparative Example 1 does not add modified liquid glass, does not add basalt fiber, and does not apply a layer of silane water-repellent agent on the outside).

Состав исходного сырья в сравнительном примере 1: 390 частей обычного портландцемента; 760 частей среднезернистого песка, 1080 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 8,0 частей поликарбоксилатного агента; и 180 частей воды.The composition of the feedstock in comparative example 1: 390 parts of ordinary Portland cement; 760 parts of medium-grained sand, 1080 parts of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 8.0 parts polycarboxylate agent; and 180 parts water.

Подготовка бетонной основы: все сырье сразу перемешивается смесителем до получения однородной смеси.Preparation of the concrete base: all raw materials are immediately mixed with a mixer until a homogeneous mixture is obtained.

Отверждение бетонной основы: готовая бетонная основа выдерживается до отверждения 28 дней, при этом для теплоизоляции сверху укладывается солома.Curing the concrete base: The finished concrete base is cured for 28 days, with straw placed on top for insulation.

Сравнительный пример 2 (отличие сравнительного примера 2 от примера 1 состоит в том, что в сравнительном примере 2 вместо модифицированного жидкого стекла используется обычное жидкое стекло).Comparative example 2 (the difference between comparative example 2 and example 1 is that in comparative example 2, instead of modified liquid glass, ordinary liquid glass is used).

Состав исходного сырья в сравнительном примере 2: 390 частей обычного портландцемента; 760 частей песка средней зернистости; 1080 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 8,0 частей поликарбоксилатного агента; 2,5 части базальтового волокна; 20 частей жидкого стекла; и 180 частей воды.The composition of the feedstock in comparative example 2: 390 parts of ordinary Portland cement; 760 parts medium-grain sand; 1080 pieces of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 8.0 parts polycarboxylate agent; 2.5 parts basalt fiber; 20 parts of liquid glass; and 180 parts water.

Подготовка бетонной основы: взвешенное базальтовое волокно, среднезернистый песок и отсортированный щебень сначала смешиваются миксером в сухом виде до получения однородной массы. Время сухого смешивания составляет 2,5 минуты. Затем добавляется около 100 частей воды для мокрого замеса, после чего добавляется обычный портландцемент, жидкое стекло, поликарбоксилатный агент и 100 частей воды с непрерывным перемешиванием до получения однородной смеси.Preparation of the concrete base: suspended basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are first mixed dry with a mixer until a homogeneous mass is obtained. Dry mixing time is 2.5 minutes. Then about 100 parts of wet mixing water is added, after which ordinary Portland cement, water glass, polycarboxylate agent and 100 parts of water are added with continuous mixing until a homogeneous mixture is obtained.

Сравнительный пример 3 (отличие сравнительного примера 3 от примера 1 заключается в разном способе подготовки модифицированного жидкого стекла, т.е. в сравнительном примере 3 используется двузамещенный фосфат натрия, порошок базальтового волокна и модифицированное жидкое стекло)Comparative example 3 (the difference between comparative example 3 and example 1 lies in the different method of preparing the modified liquid glass, i.e. in comparative example 3, disodium phosphate, basalt fiber powder and modified liquid glass are used)

Состав исходного сырья в сравнительном примере 3: 380 частей обычного портландцемента; 750 частей среднезернистого песка; 1000 частей отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 7,0 частей поликарбоксилатного агента; 2,0 части базальтового волокна; 22 части жидкого стекла; 0,001 части порошка базальтового волокна; 0,0045 частей двузамещенного фосфата натрия; и 200 частей воды.The composition of the feedstock in comparative example 3: 380 parts of ordinary Portland cement; 750 parts medium-grained sand; 1000 pieces of sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 7.0 parts polycarboxylate agent; 2.0 parts basalt fiber; 22 parts of liquid glass; 0.001 parts basalt fiber powder; 0.0045 parts of disodium phosphate; and 200 parts of water.

Подготовка модифицированного жидкого стекла: смешивание двузамещенного фосфата натрия, порошка базальтового волокна и жидкого стекла с использованием магнитного смесителя; и обработка полученной смеси ультразвуком с частотой 44 кГц в течение 10 мин для получения модифицированного жидкого стекла.Preparation of modified liquid glass: mixing disodium phosphate, basalt fiber powder and liquid glass using a magnetic mixer; and processing the resulting mixture with ultrasound at a frequency of 44 kHz for 10 minutes to obtain modified liquid glass.

Подготовка бетонной основы: взвешенное базальтовое волокно, среднезернистый песок и отсортированный щебень сначала смешиваются миксером в сухом виде до получения однородной массы. Время сухого смешивания составляет 2,5 минуты. Затем добавляется около 100 частей воды для мокрого замеса, после чего добавляется обычный портландцемент, модифицированное жидкое стекло, поликарбоксилатный агент и 100 частей воды с непрерывным перемешиванием до получения однородной смеси.Preparation of the concrete base: suspended basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are first mixed dry with a mixer until a homogeneous mass is obtained. Dry mixing time is 2.5 minutes. Then about 100 parts of wet mixing water is added, after which ordinary Portland cement, modified water glass, polycarboxylate agent and 100 parts of water are added with continuous mixing until a homogeneous mixture is obtained.

Сравнительный пример 4 (отличие сравнительного примера 4 от примера 1 состоит в ином способе получения модифицированного жидкого стекла, а именно в том, что в сравнительном примере 4 используется двузамещенный фосфат натрия, порошок полипропиленового волокна и модифицированное жидкое стекло; а вместо базальтового волокна в том же объеме используется полипропиленовое волокно).Comparative example 4 (the difference between comparative example 4 and example 1 is a different method for producing modified liquid glass, namely that in comparative example 4 disubstituted sodium phosphate, polypropylene fiber powder and modified liquid glass are used; and instead of basalt fiber in the same polypropylene fiber is used).

Обыкновенный портландцемент (380 частей); среднезернистый песок (750 частей); отсортированный щебень размером 5-31,5 мм (1000 частей); поликарбоксилатный агент (7,0 частей); полипропиленовое волокно (0,7 части); жидкое стекло (22 части); порошок полипропиленового волокна (0,001 части); 0,0045 частей двузамещенного фосфата натрия; и 200 частей воды.Ordinary Portland cement (380 parts); medium-grained sand (750 parts); sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm (1000 parts); polycarboxylate agent (7.0 parts); polypropylene fiber (0.7 parts); liquid glass (22 parts); polypropylene fiber powder (0.001 parts); 0.0045 parts disodium phosphate; and 200 parts of water.

Подготовка модифицированного жидкого стекла: смешивание двузамещенного фосфата натрия, порошка полипропиленового волокна и жидкого стекла с использованием магнитного смесителя; и обработка полученной смеси ультразвуком с частотой 44 кГц в течение 10 мин для получения модифицированного жидкого стекла.Preparation of modified liquid glass: mixing disodium phosphate, polypropylene fiber powder and liquid glass using a magnetic mixer; and processing the resulting mixture with ultrasound at a frequency of 44 kHz for 10 minutes to obtain modified liquid glass.

Подготовка бетонной основы: взвешенное полипропиленовое волокно, среднезернистый песок и отсортированный щебень сначала смешиваются миксером в сухом виде до получения однородной массы. Время сухого смешивания составляет 2,5 минуты. Затем добавляется около 100 частей воды для мокрого замеса, после чего добавляется обычный портландцемент, модифицированное жидкое стекло, поликарбоксилатный агент и 100 частей воды с непрерывным перемешиванием до получения однородной смеси.Preparation of the concrete base: suspended polypropylene fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone are first mixed dry with a mixer until a homogeneous mass is obtained. Dry mixing time is 2.5 minutes. Then about 100 parts of wet mixing water is added, after which ordinary Portland cement, modified water glass, polycarboxylate agent and 100 parts of water are added with continuous mixing until a homogeneous mixture is obtained.

Экспериментальный пример 1. Испытание на быстрое замораживание и оттаивание.Experimental example 1: Rapid freezing and thawing test.

В соответствии со стандартом GB/T50082-2009 («Стандарт для экспериментальных методов определения срока службы и долговечности обычного бетона») были проведены испытания на быстрое замораживание и оттаивание с получением следующих результатов:In accordance with GB/T50082-2009 (Standard for Experimental Methods for Determining the Service Life and Durability of Ordinary Concrete), rapid freeze-thaw tests were carried out with the following results:

Таблица 1 Результаты испытаний на замораживание и оттаиваниеTable 1 Freeze-thaw test results

Количество циклов замораживания и оттаиванияNumber of freeze and thaw cycles 0 циклов0 cycles 100 циклов100 cycles 200 циклов200 cycles 300 циклов300 cycles Показатели испытанийTest performance Коэффициент снижения качества/%Quality Reduction Rate/% Относительный модуль динамической упругости/%Relative modulus of dynamic elasticity/% Коэффициент снижения качества/%Quality Reduction Rate/% Относительный модуль динамической упругости/%Relative modulus of dynamic elasticity/% Коэффициент снижения качества/%Quality Reduction Rate/% Относительный модуль динамической упругости/%Relative modulus of dynamic elasticity/% Коэффициент снижения качества/%Quality Reduction Rate/% Относительный модуль динамической упругости/%Relative modulus of dynamic elasticity/% Сравнительный пример 1Comparative example 1 00 0000 0,480.48 31,1231.12 // // // // Сравнительный пример 2Comparative example 2 00 0000 0,200.20 83,2083.20 0,700.70 48,2348.23 // // Сравнительный пример 3Comparative example 3 00 0000 0,130.13 90,3690.36 0,600.60 74,3474.34 0,710.71 60,6660.66 Сравнительный пример 4Comparative example 4 00 0000 0,100.10 85,3085.30 1,01.0 58,658.6 // // Пример 1Example 1 00 0000 0,050.05 93,1593.15 0,210.21 90,7790.77 0,420.42 88,9188.91

Символ «/» указывает на то, что испытуемый образец соответствует стандарту спецификации, или на то, что он был поврежден в результате замораживания и оттаивания.The "/" symbol indicates that the test sample meets the specification standard or that it has been damaged by freezing and thawing.

По результатам испытаний на замораживание и оттаивание, проиллюстрированным на фиг. 1-5, и по показателям, представленным в Таблице 1 в отношении образца бетона, прошедшего 300 циклов замораживания и оттаивания в помещении, можно сделать следующий вывод: использование модифицированного жидкого стекла согласно настоящему изобретению в базальтофибробетоне в сочетании с покрытием поверхности силановым гидрофобизирующим агентом может значительно повысить морозостойкость бетона, продлить срок его службы и значительно улучшить долговечность бетона в условиях частого замораживания и оттаивания, а также удовлетворить потребность в устойчивом к замерзанию и оттаиванию бетоне для регионов с холодным климатом.Based on the freeze-thaw test results illustrated in FIG. 1-5, and according to the indicators presented in Table 1 in relation to a concrete sample that has undergone 300 cycles of freezing and thawing indoors, the following conclusion can be drawn: the use of modified liquid glass according to the present invention in basalt fiber concrete in combination with surface coating with a silane water-repellent agent can significantly improve the frost resistance of concrete, extend its service life and significantly improve the durability of concrete in conditions of frequent freezing and thawing, and also meet the need for freeze-thaw resistant concrete for regions with cold climates.

Приведенное выше описание отображает лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, при этом следует понимать, что заявленное изобретение не ограничено вариантами своего осуществления, раскрытыми в настоящем документе. Кроме того, их не следует рассматривать как исключающее другие варианты осуществления настоящего изобретения, и они могут быть использованы в различных других комбинациях, модификациях и средах. Указанные модификации могут быть внесены в рамках идей, описанных в данном документе, на основе вышеупомянутого руководства или навыков или знаний в соответствующей области техники. При этом указанные модификации и изменения, внесенные специалистами в данной области техники, не отступают от сущности и объема настоящего изобретения, и все они должны входить в объем правовой охраны прилагаемого патентного притязания настоящего изобретения.The above description shows only preferred embodiments of the present invention, it should be understood that the claimed invention is not limited to the embodiments disclosed herein. Moreover, they should not be construed as exclusive of other embodiments of the present invention, and they can be used in various other combinations, modifications and environments. These modifications may be made within the teachings described herein based on the above guidance or skill or knowledge in the relevant art. However, these modifications and changes made by those skilled in the art do not depart from the spirit and scope of the present invention, and all of them are intended to be within the scope of the accompanying patent claim of the present invention.

Claims

1. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала, отличающийся тем, что он предусматривает следующие стадии:1. A method for manufacturing a concrete material that is resistant to freezing and thawing, characterized in that it involves the following stages:

S1. Подготовку следующего сырья, вес.ч.: 380-390 обычного портландцемента; 750-760 среднезернистого песка; 1000-1100 отсортированного щебня размером 5-31,5 мм; 7,0-8,0 поликарбоксилатного агента; 2,0-3,0 базальтового волокна, 20-22 жидкого стекла; 0,004-0,0045 двузамещенного фосфата натрия; 0,0008-0,001 порошка базальтового волокна; 0,2-0,22 полиэтиленгликоля 200; и 180-200 воды;S1. Preparation of the following raw materials, parts by weight: 380-390 ordinary Portland cement; 750-760 medium-grained sand; 1000-1100 sorted crushed stone measuring 5-31.5 mm; 7.0-8.0 polycarboxylate agent; 2.0-3.0 basalt fiber, 20-22 liquid glass; 0.004-0.0045 disubstituted sodium phosphate; 0.0008-0.001 basalt fiber powder; 0.2-0.22 polyethylene glycol 200; and 180-200 water;

S2. Подготовку модифицированного жидкого стекла: смешивание двузамещенного фосфата натрия, полиэтиленгликоля 200, порошка базальтового волокна и жидкого стекла; и обработку полученной смеси ультразвуком в течение 10-15 мин, причем частота ультразвука составляет 35-44 кГц;S2. Preparation of modified liquid glass: mixing disodium phosphate, polyethylene glycol 200, basalt fiber powder and liquid glass; and treating the resulting mixture with ultrasound for 10-15 minutes, the ultrasound frequency being 35-44 kHz;

S3. Подготовку бетонной основы: смешивание на первом этапе сухих ингредиентов в виде базальтового волокна, среднезернистого песка и отсортированного щебня до получения однородной массы; добавление 100 вес.ч. воды и перемешивание; и последующее добавление обычного портландцемента, пластифицирующего поликарбоксилатного агента, модифицированного жидкого стекла и оставшейся воды с их тщательным перемешиванием до однородности и заливку полученной смеси в форму;S3. Preparation of the concrete base: at the first stage, mixing dry ingredients in the form of basalt fiber, medium-grained sand and sorted crushed stone until a homogeneous mass is obtained; adding 100 parts by weight water and stirring; and the subsequent addition of ordinary Portland cement, a plasticizing polycarboxylate agent, modified liquid glass and the remaining water, thoroughly mixing them until smooth and pouring the resulting mixture into the mold;

S4. Отверждение бетонной основы: отверждение подготовленной бетонной основы в течение 20-35 дней; иS4. Curing of the concrete base: curing of the prepared concrete base for 20-35 days; And

2. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что на стадии S1 длина базальтового волокна составляет 18-20 мм, диаметр – 13-18 мкм, плотность – 2700-3000 кг/м³, а предел прочности при растяжении 3900-4800 МПа.2. A method for producing concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that at stage S1 the length of the basalt fiber is 18-20 mm, the diameter is 13-18 microns, the density is 2700-3000 kg/m ³ , and tensile strength 3900-4800 MPa.

3. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что на стадии S1 модуль жидкого стекла равен 2,0-2,5.3. A method for producing concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that at stage S1 the modulus of liquid glass is 2.0-2.5.

4. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что на стадии S1 диаметр порошка базальтового волокна составляет 9-18 мкм, а длина – 30-50 мкм.4. A method for producing concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that at stage S1 the diameter of the basalt fiber powder is 9-18 microns, and the length is 30-50 microns.

5. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что в качестве силанового гидрофобизирующего агента используется смесь политриоксиметилсилана и силановой эмульсии, причем массовое отношение политриоксиметилсилана к силановой эмульсии составляет 5-7:4.5. A method for producing a concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that a mixture of polytrioxymethylsilane and silane emulsion is used as a silane hydrophobizing agent, and the mass ratio of polytrioxymethylsilane to silane emulsion is 5-7:4.

6. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что дозировка силанового гидрофобизирующего агента составляет 200-300 г/м².6. A method for producing concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that the dosage of the silane hydrophobizing agent is 200-300 g/ ^m2 .

7. Способ изготовления устойчивого к замерзанию и оттаиванию бетонного материала по п. 1, отличающийся тем, что нанесение силанового гидрофобизирующего агента предусматривает следующие стадии: очистку поверхности бетонной основы, ее освобождение от пыли и цементного молока и равномерное нанесение силанового гидрофобизирующего агента в два приема, причем интервал между нанесениями составляет 20-40 минут.7. A method for manufacturing a concrete material resistant to freezing and thawing according to claim 1, characterized in that the application of a silane water-repellent agent involves the following stages: cleaning the surface of the concrete base, freeing it from dust and cement laitance and uniform application of the silane water-repellent agent in two steps, and the interval between applications is 20-40 minutes.