RU2775585C1 - Наномодифицирующий высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем - Google Patents
Наномодифицирующий высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775585C1 RU2775585C1 RU2021136553A RU2021136553A RU2775585C1 RU 2775585 C1 RU2775585 C1 RU 2775585C1 RU 2021136553 A RU2021136553 A RU 2021136553A RU 2021136553 A RU2021136553 A RU 2021136553A RU 2775585 C1 RU2775585 C1 RU 2775585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrosilicates
- zinc
- specified
- microsized
- particle size
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 7
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L Calcium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L Iron(II) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N Silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000004073 acute interstitial pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000000855 fungicidal Effects 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций, в монолитном строительстве объектов гражданского, промышленного и транспортного строительства. Целью изобретения является получение эффективного высокопрочного легкого бетона на полых микросферах со сниженным удельным расходом портландцемента на единицу проектной прочности. Наномодифицированный высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем содержит вяжущее вещество, наполнитель, пластификатор и воду затворения, а также минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, имеющего средний размер частиц 0,01…1 мкм, каменной муки (продукт измельчения кремнеземсодержащей горной породы или кварцевого песка) с площадью удельной поверхности 750 м2/кг и кварцевого песка фракции 0,16-0,63 мм, в качестве пластификатора используется гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе, в качестве наполнителя - полые микросферы, в качестве вяжущего вещества используется композиционное вяжущее вещество, состоящее из портландцемента и микроразмерных гидросиликатов бария и гидросиликатов цинка, со средним размером частиц 5…10 мкм, а в качестве воды затворения - коллоидный раствор наноразмерных гидросиликатов цинка со средним размером частиц 15…30 нм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное композиционное вяжущее вещество - 45,71, в том числе портландцемент - 39,3-40,7, микроразмерные гидросиликаты бария - 4,57, микроразмерные гидросиликаты цинка - 0,44-1,84, микрокремнезем - 6,43, указанная каменная мука - 5,36, указанный кварцевый песок - 13,5, полые микросферы - 14,8, указанный пластификатор - 0,50, указанный коллоидный раствор - остальное. 2 табл.
Description
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций, в монолитном строительстве объектов гражданского, промышленного и транспортного строительства.
В патенте RU 2616205 С1 (опубликовано 13.04.2017 Бюл. №11) предложено технологическое решение увеличения прочности бетона за счет использования наномодификатора. Рецептура указанного бетона включает, мас. %: портландцемент - 25,124…27,227; песок фракции 5-2,5 мм - 6,126…6,239; песок фракции 2,5-1,25 мм - 15,316…15,600; песок фракции 1,25-0,63 мм - 15,316…15,600; песок фракции 0,63-0,315 мм - 15,316…15,600; песок фракции 0,315-0,16 мм - 9,190…9,360; вода - 11,164…12,098; суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилатов - 0,041…0,045; нанодобавка на основе наноразмерного кремнезема - 0,304-0,334.
Техническим результатом является увеличение прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток и повышение его долговечности за счет исключения вероятности возникновения внутренней коррозии бетона. Указанное решение имеет недостаток - высокий расход портландцемента на обеспечения 1 МПа удельной прочности - 20,3…22,7 кг/МПа. В указанном решении 1 кг портландцемента формирует удельную прочность 44,0…49,3⋅10-3 МПа.
Наиболее близким по технической сущности является состав высокопрочного легкого бетона (патент RU 2515450 С1, опубликовано 10.05.2014), включающий цемент, полые микросферы, микрокремнезем, каменную муку, кварцевый песок, пластификатор и воду, мас. %: цемент - 30,0…60,0; микрокремнезем - 3,5…15,0; каменная мука - 1,5…12,0; кварцевый песок - 5,0…35,0; микросферы - 3,5…35,0; пластификатор - 0,27…0,48; вода - остальное.
Недостатком такого высокопрочного легкого бетона является повышенный расход вяжущего вещества для достижения высоких показателей механических свойств.
Целью изобретения является получение эффективного высокопрочного легкого бетона на полых микросферах со сниженным удельным расходом портландцемента на единицу проектной прочности.
Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный легкий бетон, содержащий вяжущее вещество, наполнитель, пластификатор и воду затворения, а также минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, имеющего средний размер частиц 0,01…1 мкм, каменной муки (продукт измельчения кремнеземсодержащей горной породы или кварцевого песка) с площадью удельной поверхности 750 м2/кг и кварцевого песка фракции 0,16-0,63 мм, в качестве пластификатора используется гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе, в качестве наполнителя - полые микросферы, при этом в качестве вяжущего вещества используется композиционное вяжущее вещество, состоящее из портландцемента и микроразмерных гидросиликатов бария и гидросиликатов цинка, со средним размером частиц 5…10 мкм, а в качестве воды затворения - коллоидный раствор наноразмерных гидросиликатов цинка со средним размером частиц 15…30 нм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Указанное композиционное вяжущее вещество, в том числе | - 45,71 |
| Портландцемент | - 39,3…40,7 |
| микроразмерные гидросиликаты бария | - 4,57 |
| микроразмерные гидросиликаты цинка | - 0,44…1,84 |
| Микрокремнезем | - 6,43 |
| Указанная каменная мука | - 5,36 |
| Указанный кварцевый песок | - 13,5 |
| Полые микросферы | - 14,8 |
| Указанный пластификатор | - 0,50 |
| Указанный коллоидный раствор | - остальное |
Для приготовления бетона используются композиционное вяжущее вещество, состоящего из портландцемента, например, марки СЕМ I 42,5 N по ГОСТ 31108-2016, микроразмерных гидросиликатов бария и цинка, получаемых путем гидрохимического синтеза из гидросиликатов натрия и водорастворимых солей бария и цинка. Приготовление композиционного вяжущего осуществляется путем совместного помола компонентов в шаровой мельнице до среднего размера частиц 5…10 мкм. Наличие в составе указанных гидросиликатов обеспечивает образование дополнительного количества носителей прочности - гидросиликатов кальция, образующихся при химическом взаимодействии микроразмерных гидросиликатов бария и цинка с портландитом. Минеральная часть, в состав которой входит кварцевый песок фракционированный (фр. 0,16-0,63 мм), соответствующий ГОСТ 8739-2014, каменная мука с удельной поверхностью 750 м2/кг и микрокремнезем, обеспечивают заполнение межзерновых пустот наполнителя, образуя плотную структуру.
В качестве наполнителя используются полые алюмосиликатные микросферы, характерные свойства которых обеспечивают снижение средней плотности.
Применение в качестве пластификатора гиперпластификатора на основе поликарбоксилатов, например, типа «Melflux 1641F», позволяет увеличить подвижность и снизить водопотребность бетонной смеси.
В качестве воды затворения используется коллоидный раствор наноразмерных гидросиликатов цинка концентрацией 0,054…0,144% (брутто-формула ZnO⋅5,49…16,46 SiO2⋅nH2O) со средним размером частиц 15…30 нм (Grishina, A., Korolev, Е. Aggregative stability of fungicidal nanomodifier based on zinc hydrosilicates // E3S Web of Conferences. - 2018. - Vol. 33. - 02035. DOI: 10.1051/e3sconf/20183302035.), синтезируемых путем совмещения низкоконцентрированных растворов солей цинка с кремниевой кислотой, полученной в среде золя гидроксида железа (Grishina, A., Korolev, Е. Nanomodifier based on zinc hydrosilicates for cement systems // AIP Conference Proceedings. - 2016. - Vol. 1772. - 020016. DOI: 10.1063/1.4964538.). Функция указанного раствора заключается в образовании дополнительного количества носителей прочности - гидросиликатов кальция, образующихся при химическом взаимодействии наноразмерных гидросиликатов цинка с портландитом.
Присутствие цинка в используемых нано- и микроразмерных гидросиликатах цинка дополнительно обеспечивает биоцидные свойства бетона (Строганов, В.Ф., Сагадеев, Е.В. Введение в биоповреждение строительных материалов. Казань: Изд-во КГАСУ, 2014. - 200 с.).
Наномодифицированный высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем готовят следующим образом. Предварительно перемешивают композиционное вяжущее вещество, каменную муку и микрокремнезем с микросферами для образования равномерного слоя на поверхности наполнителя. Сухие компоненты загружают в смеситель, добавляют коллоидный раствор наноразмерных гидросиликатов цинка с растворенным в нем гиперпластификатором и перемешивают до получения однородной смеси, после чего добавляют фракционированный песок и перемешивают в соответствии с EN 196-1-ASTM С305. Из полученной смеси изготавливают образцы для испытаний: балки размером 40×40×160 мм.
Испытания проводятся по следующим методикам:
- ГОСТ 12730.1-2020. Бетоны. Методы для определения плотности;
- ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы для определения прочности по контрольным образцам.
Физико-механические свойства определяют в возрасте 28 суток нормального твердения (температура - 20±1°С, влажность - 85±2%).
Удельный расход вяжущего на единицу проектной прочности при изгибе и сжатии (кг/МПа) рассчитывается по формулам, соответственно:
Цизг=Ц/Rизг;
Цсж=Ц/Rсж;
где Ц - расход портландцемента на 1 м3 бетона, кг; Rизг, Rсж - предел прочности при изгибе и сжатии, МПа.
Приведенная прочность бетона при изгибе и сжатии, обеспечиваемая 1 кг портландцемента, рассчитывается по формулам:
Составы предлагаемого наномодифицированного высокопрочного легкого бетон на композиционном вяжущем приведены в таблице 1, а его физико-механические свойства - в таблице 2.
| Указанное композиционное вяжущее вещество, в том числе | - 45,71 |
| портландцемент | - 39,3…40,7 |
| микроразмерные гидросиликаты бария | - 4,57 |
| микроразмерные гидросиликаты цинка | - 0,44…1,84 |
| Микрокремнезем | - 6,43 |
| Указанная каменная мука | - 5,36 |
| Указанный кварцевый песок | - 13,5 |
| Полые микросферы | - 14,8 |
| Указанный пластификатор | - 0,50 |
| Указанный коллоидный раствор | - остальное |
Как видно из таблицы 2, предлагаемый наномодифицированный высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем имеет высокие механические свойства (приведенная прочность при изгибе - 4,93…5,48⋅10-3 МПа/кг, приведенная прочность при сжатии - 80,3…83,7⋅10-3 МПа/кг), что на 20,7…33,3 и 4,7…9,1% больше, чем у прототипа. При этом удельный расход портландцемента на единицу проектной прочности составляет 182,3…203,0 и 11,9…12,4 кг/МПа при изгибе и сжатии бетона, соответственно, что на 17,2…25,6 и 4,5…8,4% меньше, чем у прототипа.
Claims (2)
- Наномодифицированный высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем, содержащий вяжущее вещество, полые микросферы, гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе и воду затворения, а также минеральную часть, состоящую из микрокремнезема, имеющего средний размер частиц 0,01…1 мкм, каменной муки, полученной измельчением кремнеземсодержащей горной породы или кварцевого песка, с площадью удельной поверхности 750 м2/кг и кварцевого песка фракции 0,16-0,63 мм, отличающийся тем, что в качестве вяжущего вещества используется композиционное вяжущее вещество, состоящее из портландцемента и микроразмерных гидросиликатов бария и гидросиликатов цинка, со средним размером частиц 5…10 мкм, а в качестве воды затворения - коллоидный раствор наноразмерных гидросиликатов цинка со средним размером частиц 15…30 нм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
Указанное композиционное вяжущее вещество 45,71 в том числе: портландцемент 39,3…40,7 микроразмерные гидросиликаты бария 4,57 микроразмерные гидросиликаты цинка 0,44…1,84 Микрокремнезем 6,43 Указанная каменная мука 5,36 Указанный кварцевый песок 13,5 Полые микросферы 14,8 Указанный пластификатор 0,50 Указанный коллоидный раствор остальное
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775585C1 true RU2775585C1 (ru) | 2022-07-05 |
| RU2775585C9 RU2775585C9 (ru) | 2022-08-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2675945A1 (en) * | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Lafarge | New concrete compositions |
| RU2435746C2 (ru) * | 2009-12-01 | 2011-12-10 | Игорь Юрьевич Троянов | Бетонная смесь |
| RU2439020C2 (ru) * | 2009-12-01 | 2012-01-10 | Игорь Юрьевич Троянов | Бетонная смесь |
| RU2515450C1 (ru) * | 2012-10-11 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (МГСУ) | Высокопрочный легкий бетон |
| RU2616205C1 (ru) * | 2016-04-04 | 2017-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Наномодифицированный бетон |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2675945A1 (en) * | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Lafarge | New concrete compositions |
| RU2435746C2 (ru) * | 2009-12-01 | 2011-12-10 | Игорь Юрьевич Троянов | Бетонная смесь |
| RU2439020C2 (ru) * | 2009-12-01 | 2012-01-10 | Игорь Юрьевич Троянов | Бетонная смесь |
| RU2515450C1 (ru) * | 2012-10-11 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (МГСУ) | Высокопрочный легкий бетон |
| RU2616205C1 (ru) * | 2016-04-04 | 2017-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Наномодифицированный бетон |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160289121A1 (en) | High strength concrete composition and method | |
| US8353984B2 (en) | Compressive strength improvement of cement and gypsum products | |
| US9908814B1 (en) | Cementitious compositions and methods of making and using the same | |
| EP3063102B1 (de) | Wasserbeständiges bindemittel auf basis von beta-calciumsulfat-hemihydrat | |
| KR19980065526A (ko) | 다기능성 고성능몰탈의 조성물 | |
| KR20060104990A (ko) | 시멘트용 응결 촉진제 | |
| JP6830826B2 (ja) | 自己平滑性モルタル | |
| KR100403831B1 (ko) | 콘크리트 균열방지용 수축저감제와 이를 이용한 콘크리트조성물 | |
| CN109650771B (zh) | 一种减缩抗裂增强剂、c50机制砂混凝土及制备方法 | |
| KR20190024336A (ko) | 콘크리트 조성물 | |
| RU2548303C1 (ru) | Высокопрочный легкий фибробетон | |
| RU2373171C2 (ru) | Способ приготовления строительного раствора | |
| RU2775585C1 (ru) | Наномодифицирующий высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем | |
| JPH0680456A (ja) | 流動性水硬性組成物 | |
| JPH08268736A (ja) | 水硬性材料及び硬化体の製造方法 | |
| RU2775585C9 (ru) | Наномодифицированный высокопрочный легкий бетон на композиционном вяжущем | |
| RU2363680C1 (ru) | Сырьевая смесь для получения высокопрочного бетона | |
| RU2627344C1 (ru) | Бетонная смесь | |
| US3215548A (en) | Additives for concrete, mortar and grout | |
| RU2525565C1 (ru) | Бетонная смесь | |
| RU2725559C1 (ru) | Литая и самоуплотняющаяся бетонная смесь для производства монолитного бетона и сборных изделий из железобетона | |
| Das et al. | Effect of corrosion inhibitor on properties of concrete and mortar made with different admixtures | |
| RU2773899C1 (ru) | Легкий строительный композит | |
| JP4165992B2 (ja) | 水硬性組成物 | |
| RU2718443C1 (ru) | Наномодифицированный высокопрочный легкий бетон |