RU2616961C1

RU2616961C1 - Method for concrete products manufacture

Info

Publication number: RU2616961C1
Application number: RU2016102773A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Сергеевич Старчуков; Дмитрий Васильевич Сурин; Андрей Михайлович Шевчук; Дмитрий Петрович Мандрица; Алексей Петрович Мохнаткин; Сергей Александрович Мачнев; Юрий Александрович Загрутдинов; Сергей Юрьевич Карасев; Григорий Сергеевич Ладышкин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-04-18

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method for concrete products manufacture includes formation of an article, impregnation, followed by hardening. Impregnation is carried out for 72 hours at a temperature of 20-30°C in a solution consisting of liquid sodium glass at a density ρ= 1.45 g/cm³, pH value of 12 and aluminium hydroxide sol Al(OH)₃ with density ρ= 1.12 g/cm³, pH value of 3.5-4.5, at the following ratio, wt %: the said liquid sodium glass - 73.00-75.00; the said aluminium hydroxide sol Al(OH)₃ - 25.00-27.00.

EFFECT: decreased attrition of manufactured concrete products.

2 tbl, 9 ex

Description

Изобретение относится к области производства строительных конструкций, а именно к способам изготовления изделий из бетона и железобетона, и может быть использовано в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.The invention relates to the field of production of building structures, and in particular to methods of manufacturing products from concrete and reinforced concrete, and can be used in civil and industrial construction, as well as in the construction of structures for special purposes.

Известен способ изготовления бетонных изделий (Баженов Ю.М. Технология бетона. М. - 2002. С. 331-332), включающий сушку бетонных изделий, вакуумирование, пропитку мономером и полимеризацию, в котором полимеризацию жидкого мономера осуществляют непосредственно в теле бетона термокаталитическим способом. После пропитки бетона изделие или конструкцию нагревают до 70-120°C и через несколько часов жидкий мономер превращается в твердый полимер, плотно заклеивая все поры бетона. В качестве мономера используют метилметакрилат в количестве 2-5% по массе бетона или 4-10% по объему бетона. Метилметакрилат является легкоиспаряющимся веществом, поэтому обработку им бетонного изделия проводят в закрытых контейнерах, заворачивая или покрывая изделия непроницаемыми пленками, погружая в метилметакрилат.A known method of manufacturing concrete products (Bazhenov Yu.M. Concrete technology. M. - 2002. S. 331-332), including drying of concrete products, evacuation, impregnation with monomer and polymerization, in which the polymerization of liquid monomer is carried out directly in the concrete body by thermocatalytic method . After the concrete has been impregnated, the product or structure is heated to 70-120 ° C and after a few hours the liquid monomer turns into a solid polymer, tightly gluing all the pores of the concrete. As the monomer, methyl methacrylate is used in an amount of 2-5% by weight of concrete or 4-10% by volume of concrete. Methyl methacrylate is a volatile substance, therefore, the processing of concrete products is carried out in closed containers, wrapping or covering products with impermeable films, immersed in methyl methacrylate.

Недостатком данного технического решения является повышенная истираемость изготовленного бетонного изделия.The disadvantage of this technical solution is the increased abrasion of the manufactured concrete product.

Известен способ изготовления бетонных изделий (SU 800169, C04B 41/63, опубл. 30.01.1981 г.), включающий формование и твердение изделий, последующую их пропитку раствором электролита при воздействии постоянным током. При этом способе с целью повышения прочности и термической стойкости бетонных изделий пропитку осуществляют раствором жидкого стекла при воздействии постоянным током плотностью 1,25-2,00 А/дм² в течение 10-20 мин.A known method of manufacturing concrete products (SU 800169, C04B 41/63, publ. 01/30/1981), including molding and hardening of products, their subsequent impregnation with an electrolyte solution when exposed to direct current. With this method, in order to increase the strength and thermal resistance of concrete products, the impregnation is carried out with a solution of liquid glass when exposed to direct current density of 1.25-2.00 A / DM ² for 10-20 minutes

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления бетонных изделий (SU 500210, C04B 41/63, опубл. 19.04.1976 г.), в котором пропитку осуществляют в водном растворе дивинилстирольного латекса, а именно латекса СКС-65ГП, с содержанием сухих веществ 6-10%. Раствор латекса проникает в поры затвердевшего бетона, вступает в химическое воздействие с минералами цементного камня, в результате чего продукты химического взаимодействия заполняют поры бетона, понижая его общую пористость, что увеличивает коррозионную стойкость бетона и его прочность.The closest in technical essence to the claimed invention is a method of manufacturing concrete products (SU 500210, C04B 41/63, publ. 04/19/1976), in which the impregnation is carried out in an aqueous solution of divinyl styrene latex, namely, latex SKS-65GP, with the content solids 6-10%. The latex solution penetrates into the pores of the hardened concrete, enters into a chemical effect with the minerals of the cement stone, as a result of which the chemical interaction products fill the pores of the concrete, reducing its general porosity, which increases the corrosion resistance of the concrete and its strength.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение истираемости изготавливаемого бетонного изделия.The problem to which the invention is directed, is to reduce the abrasion of the manufactured concrete product.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления бетонных изделий включает формование изделия, пропитку изделия с последующим твердением, причем пропитку осуществляют в растворе, состоящем из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=3,5-4,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The problem is achieved in that the method of manufacturing concrete products includes molding the product, impregnating the product with subsequent hardening, and the impregnation is carried out in a solution consisting of liquid sodium glass with a density of ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 = pH and sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a pH of pH = 3.5-4.5, in the following ratio of components, wt. %:

Жидкое натриевое стеклоLiquid sodium glass плотностью ρ=1,45 г/см³,density ρ = 1.45 g / cm ³ , водородным показателем pH=12pH value = 12 73,00-75,0073.00-75.00 Золь гидроксида алюминия Al(OH)₃ Sol of aluminum hydroxide Al (OH) ₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³,with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , водородным показателем pH=3,5-4,5pH value = 3.5-4.5 25,00-27,0025.00-27.00

в течение 72 часов при температуре 20-30°C.within 72 hours at a temperature of 20-30 ° C.

Идея технологии пропитки бетонных изделий зольсодержащими растворами состоит в следующем. Бетонные изделия из цементных бетонов представляют собой капиллярно-пористое тело, способное осуществлять капиллярный подсос зольсодержащего раствора, а зольсодержащий раствор, на примере раствора золя ортокремниевой кислоты, способен к взаимодействию с составляющими бетонного изделия (см. табл. 1).The idea of technology for impregnating concrete products with sol-containing solutions is as follows. Concrete products made of cement concrete are a capillary-porous body capable of carrying out capillary suction of a sol-containing solution, and a sol-containing solution, using the example of a solution of orthosilicic acid sol, is capable of interacting with the components of a concrete product (see Table 1).

После поглощения бетонным изделием зольсодержащих растворов осуществляются реакции, которые приводят к понижению уровня свободной энергии твердеющей системы (энергии Гиббса ΔG⁰ ₂₉₈, кДж) за счет роста количества новых гидратных фаз в искусственном камне. В соответствии с законом сохранения энергии часть энергии химического процесса трансформируется в физико-механические и деформативные характеристики камня: прочность при сжатии, прочность на растяжение при изгибе и т.д. Это происходит за счет увеличения количества гидратных фаз и увеличения удельной прочности, т.е. коэффициента конструктивного качества материала.After the concrete product absorbs sol-containing solutions, reactions are carried out that lead to a decrease in the free energy of the hardening system (Gibbs energy ΔG ⁰ ₂₉₈ , kJ) due to an increase in the number of new hydrated phases in the artificial stone. In accordance with the law of conservation of energy, part of the energy of the chemical process is transformed into physico-mechanical and deformative characteristics of the stone: compressive strength, tensile strength in bending, etc. This is due to an increase in the number of hydrated phases and an increase in specific strength, i.e. coefficient of structural quality of the material.

Исходя из вышесказанного видно, что есть взаимосвязь между уровнем понижения энергии в твердеющей системе и показателями улучшения механических свойств бетонного изделия за счет капиллярного подсоса с последующим взаимодействием частиц раствора с составляющими бетона.Based on the foregoing, it can be seen that there is a relationship between the level of energy decrease in the hardening system and indicators of the improvement of the mechanical properties of the concrete product due to capillary suction with the subsequent interaction of the solution particles with the concrete components.

В качестве показателя улучшения свойств выбран уровень понижения свободной энергии Гиббса, -ΔG⁰ ₂₉₈ [кДж], который, как известно, характеризует ту часть изменения энергии системы, которая может превратиться в полезную работу. В данном случае превращение происходит в работу по увеличению физико-механических свойств бетонного изделия. Можно сделать вывод, что капиллярный подсос зольсодержащего раствора в бетонном изделии влияет на свойства поверхностей и на механические свойства всего бетонного изделия.The Gibbs free energy decrease level, -ΔG ⁰ ₂₉₈ [kJ], which, as is known, characterizes that part of the change in the energy of the system that can turn into useful work, was chosen as an indicator of the improvement of properties. In this case, the transformation takes place in the work to increase the physico-mechanical properties of the concrete product. It can be concluded that capillary suction of a sol-containing solution in a concrete product affects the properties of surfaces and the mechanical properties of the entire concrete product.

Таким образом, рассматриваемый энергетический аспект связан с представлениями о понижении свободной энергии Гиббса -ΔG⁰ ₂₉₈ процессов взаимодействия составляющих бетонного изделия как своего рода мере повышения полезной работы системы и как основы достижения положительного изменения физико-механических характеристик.Thus, the energy aspect under consideration is associated with ideas about the decrease in Gibbs free energy -ΔG ⁰ ₂₉₈ processes of interaction of the components of a concrete product as a kind of measure to increase the useful work of the system and as the basis for achieving a positive change in physical and mechanical characteristics.

Частицы гидроксида алюминия могут нести отрицательный или положительный заряд в зависимости от pH среды. Как установил Кольтгоф, точка электрической нейтральности (точка нулевого заряда) золя гидроксида алюминия соответствует pH=6,5-7,5. Наибольшая скорость гидролиза солей алюминия наблюдается при pH=4,9-5,5. В результате использования данного сочетания золей в комплексной добавке получается сверхсуммарный эффект, который проявляется в понижении истираемости изготавливаемых бетонных изделий.Particles of aluminum hydroxide can carry a negative or positive charge depending on the pH of the medium. As established by Koltgof, the point of electrical neutrality (point of zero charge) Zola aluminum hydroxide corresponds to pH = 6.5-7.5. The highest rate of hydrolysis of aluminum salts is observed at pH = 4.9-5.5. As a result of the use of this combination of sols in a complex additive, a super-cumulative effect is obtained, which is manifested in a decrease in the abrasion of manufactured concrete products.

Пример 1. Осуществление предлагаемого способа заключается в том, что в лабораторной бетономешалке готовят бетонную смесь следующего состава, кг/м³:Example 1. The implementation of the proposed method is that in a laboratory concrete mixer prepare a concrete mixture of the following composition, kg / m ³ :

Цемент (портландцемент ПЦ400 Д20)=600 кг;Cement (Portland cement ПЦ400 Д20) = 600 kg;

Песок карьерный с модулем крупности Мкр. 2,26=610 кг;Sand quarry with the fineness module MKR. 2.26 = 610 kg;

Щебень гранитный фракции 5-10 мм=914 кг;Granite rubble fractions 5-10 mm = 914 kg;

Вода=276 кг;Water = 276 kg;

Водоцементное отношение (В/Ц)=0,46.Water-cement ratio (W / C) = 0.46.

Из этой смеси, согласно ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости», формуют образцы-кубы размером 7×7×7 см.From this mixture, according to GOST 13087-81 “Concretes. Methods for determining the abrasion ", form the sample cubes with a size of 7 × 7 × 7 cm

Бетонные изделия после набора распалубочной прочности помещают в ванну с раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=3,5, пропитывают в этом растворе в течение 72 часов при температуре 20°C.Concrete products after a set of stripping strengths are placed in a bath with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH value of pH = 12, and an aluminum hydroxide sol Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , pH = 3.5, is impregnated in this solution for 72 hours at a temperature of 20 ° C.

Пример 2. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 20°C.Example 2. The composition, manufacturing technology of concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then, the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 and a sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density of ρ = 1.12 g / cm ³ , a pH of pH = 4.0, for 72 hours at a temperature of 20 ° C.

Пример 3. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 20°C.Example 3. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH value of pH = 12 and sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a hydrogen pH = 4.5, for 72 hours at a temperature of 20 ° C.

Пример 4. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=3,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.Example 4. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 and a sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a pH of pH = 3.5, for 72 hours at a temperature of 25 ° C.

Пример 5. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 25°C.Example 5. The composition, manufacturing technology of concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 and a sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a hydrogen pH = 4.0, for 72 hours at a temperature of 25 ° C.

Пример 6. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 25°C.Example 6. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 and a sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a hydrogen pH = 4.5, for 72 hours at a temperature of 25 ° C.

Пример 7. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=3,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.Example 7. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then, the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 and a sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a pH of pH = 3.5, for 72 hours at a temperature of 30 ° C.

Пример 8. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем рН=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,0, в течение 72 часов при температуре 30°C.Example 8. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH of 12 = pH and sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a hydrogen pH = 4.0, for 72 hours at a temperature of 30 ° C.

Пример 9. Состав, технология изготовления бетонной смеси и образцов, их выдерживание осуществляют как в примере 1. Затем бетонный образец пропитывают раствором, состоящим из жидкого натриевого стекла с плотностью ρ=1,45 г/см³, водородным показателем pH=12 и золя гидроксида алюминия Al(OH)₃ с плотностью ρ=1,12 г/см³, водородным показателем pH=4,5, в течение 72 часов при температуре 30°C.Example 9. The composition, manufacturing technology of the concrete mixture and samples, their aging is carried out as in example 1. Then the concrete sample is impregnated with a solution consisting of liquid sodium glass with a density ρ = 1.45 g / cm ³ , a pH value of pH = 12 and sol aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a hydrogen pH = 4.5, for 72 hours at a temperature of 30 ° C.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ изготовления бетонных изделий не известен и данное техническое решение обладает мировой новизной.At the filing date, according to the authors and the applicant, the claimed method of manufacturing concrete products is not known and this technical solution has world novelty.

По мнению авторов и заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.According to the authors and the applicant, 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.

После окончательного выдерживания образцов, подвергнутых тепловой обработке, производят испытание их в соответствии с ГОСТ 13087-81 «Бетоны. Методы определения истираемости» в проектном возрасте 28 суток, представлены в таблице 2.After the final aging of the samples subjected to heat treatment, they are tested in accordance with GOST 13087-81 “Concretes. Methods for determining the abrasion ”in the design age of 28 days are presented in table 2.

Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает, что предлагаемый способ изготовления бетонных изделий по данному изобретению уменьшает истираемость на 11% до значения 0,68 г/см² по сравнению с прототипом.Analysis of the data presented in table 2 shows that the proposed method for the manufacture of concrete products according to this invention reduces abrasion by 11% to a value of 0.68 g / cm ² compared with the prototype.

Claims

A method of manufacturing concrete products, including molding the product, impregnating the product with subsequent hardening, characterized in that the impregnation is carried out in a solution consisting of liquid sodium glass with a density of ρ = 1.45 g / cm ³ , a hydrogen pH of 12, and an aluminum hydroxide sol Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , a pH of pH = 3.5-4.5, in the following ratio of components, wt.%:

Liquid sodium glass density ρ = 1.45 g / cm ³ , pH value = 12 73.00-75.00 Sol of aluminum hydroxide Al (OH) ₃ with a density ρ = 1.12 g / cm ³ , pH value pH = 3.5-4.5 25.00-27.00

within 72 hours at a temperature of 20-30 ° C.