Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Ноября 2013 в 13:53, реферат

Краткое описание

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе с использованием нанотехнологий. Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой, включающая портландцемент, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм, добавку и воду, в качестве добавки содержит нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05, который предварительно подвергают ультразвуковой обработке совместно с водой затворения в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в течение 10 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 25-25,6, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1 32,5-33, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм 32,5-33, нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 0,013-0,052 вода 8,348-9,987.

Вложенные файлы: 1 файл

Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой..docx

— 34.88 Кб (Скачать файл)

Сырьевая смесь  для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой.

 

 

Изобретение относится к  промышленности строительных материалов и может быть использовано для  изготовления изделий из бетона в  гражданском и промышленном строительстве, в том числе с использованием нанотехнологий. Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой, включающая портландцемент, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм, добавку и воду, в качестве добавки содержит нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05, который предварительно подвергают ультразвуковой обработке совместно с водой затворения в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в течение 10 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 25-25,6, кварцполевошпатный песок с модулем крупности 2,1 32,5-33, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм 32,5-33, нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 0,013-0,052 вода 8,348-9,987. Технический результат изобретения - повышение подвижности бетонной смеси за счет введения добавки-модификатора, снижение расхода модификатора, повышение прочностных показателей, в том числе в начальные сроки твердения, и снижение водопоглощения бетона. 4 табл.

 

 

Известна сырьевая смесь  для изготовления высокопрочного мелкозернистого  бетона, содержащая портландцемент, отсев  дробления кварцитопесчанника и воду (см. Глаголев Е.С. Высокопрочный бетон на композиционных вяжущих и техногенных песках для монолитного строительства: Автореферат диссертации на соискание уч. ст. канд. техн. наук. - Белгород: Изд-во БГТУ им. Шухова, 2010. - 20 с.).

Недостатком известного состава  сырьевой смеси является недостаточная  прочность при сжатии мелкозернистого  бетона.

Известна сырьевая смесь  для изготовления высокопрочного бетона, включающая портландцемент, песок, щебень, кремнеземсодержащий компонент, добавку  и воду, в качестве кремнеземсодержащего компонента содержит золь кремниевой кислоты - H2SiOс плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5…6, а в качестве добавки - калий железистосинеродистый - K4Fe(CN)6, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 43,58-47,08, песок - 14,43-15,69, щебень 25,7-27,84, указанный кремнеземсодержащий компонент 0,25-0,27, добавку - калий железистосинеродистый 0,44-0,47, вода 12,1-12,15 (см. патент RU №2256630, МПК C04B 28/04, опубл. 20.07.2005).

Недостатком известной сырьевой смеси является повышенный расход кремнеземсодержащего компонента и дополнительное введение добавки - калия железистосинеродистого.

Наиболее близким по технической  сущности к заявляемому изобретению  является высокопрочный бетон, содержащий: портландцемент, песок, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм, добавку из кремнеземсодержащего компонента, представленного золем H2SiOс плотностью ρ=1,014 г/см3, рН 5…6, и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

 

Портландцемент

20,8-25

Песок

24,0-25,6

Гранитный отсев фр. 2,5-5 мм

42,45-45,55

Добавка - кремнеземсодержащий

компонент, представленный золем

H2SiOс плотностью ρ=1,014 г/см3,

рН 5…6

0,75

Вода

7,30-7.8


 

(см. Комохов П.Г. Золь-гель как концепция нанотехнологии цементного композита // Строительные материалы. - 2006. - №9. - С.89-90).

Недостатком состава сырьевой смеси для получения высокопрочного бетона является ограниченность максимального  значения прочности при сжатии, а  также повышенное значение водопоглощения бетона.

Задачей, на решение которой  направлено изобретение, является создание высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой с улучшенными строительно-техническими и эксплуатационными свойствами.

Технический результат изобретения  заключается в повышении подвижности  бетонной смеси за счет введения нанодисперсной добавки-модификатора, снижении расхода модификатора, повышении прочностных показателей, в том числе в начальные сроки твердения, и снижении водопоглощения бетона.

Технический результат достигается  тем, что сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой, включающая портландцемент, песок, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм, добавку и воду, согласно изобретению в качестве добавки содержит нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

 

Портландцемент

25,0-25,6

Песок

32,5-33,0

Гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм

32,5-33,0

Нанодисперсный порошок

диоксида кремния Таркосил-05

0,013-0,052

Вода

8,348-9,987


 

Отличительной особенностью состава предлагаемой смеси для  получения высокопрочного бетона является использование новой нанодисперсной добавки, которая представлена нанодисперсным порошком диоксида кремния Таркосил-05, что способствует повышению пластичности цементного теста, сокращению сроков схватывания цемента, а также подвижности бетонной смеси и ее первоначальной сохраняемости во времени. Экспериментально установлено, что в зависимости от концентрации новой нанодисперсной добавки и количественного соотношения ингредиентов бетона эффект повышения пластичности цементного теста в начальный момент после завершения перемешивания составляет 50% и через 150 мин достигает максимума - 80%.

Новая добавка - нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 получена способом (см. патент RU №2067077, МПК 7 C01B 33/18, опубл. в бюл. №27, 1996 г.) со средним размером первичных частиц около 53 нм, с удельной поверхностью 50,6 м2/г (по данным прибора для измерения удельной поверхности «Сорби-М»).

Нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 состоит более чем на 99% из аморфного кремнезема, содержание примесей, мас.%: Al - 0,01, Fe - 0,01, Ti - 0,03.

Сокращение времени схватывания  цемента при добавлении добавки  -нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 связано с изменением скорости связывания Са(ОН)в жидкой фазе. За счет интенсивной протонизации зерен цемента происходит переход избыточного количества Са(ОН)в гидратный раствор и связывание молекул портландита аморфным кремнеземом. Развитие ионного обмена Са2+↔2H+приводит к высвобождению новых молекул воды, что способствует увеличению пластификации цементного теста. Повышению пластичности цементного теста способствует и высвобождаемая иммобилизованная вода при пептизации агрегатов из флоккул цемента.

Предлагаемый высокопрочный  бетон с нанодисперсной добавкой содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: портландцемент - 25-25,6, песок - 32,5-33, гранитные отсевы фр. 2,5-5 мм - 32,5-33, нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 - 0,013-0,052, вода - 8,348-9,987. Экспериментально установлено, что именно такой состав высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении подвижности бетонной смеси на 20-25%, повышении прочностных показателей в среднем на 50-55% и понижении показателей водопоглощения в среднем на 40-45% по сравнению с контрольным бездобавочным составом.

Нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05, заполняя поры в структуре твердеющего камня, способствует повышению его плотности. При этом наблюдается уменьшение содержания открытых пор, изменение распределения пор по размерам. Высокая удельная поверхностная энергия нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 изменяет термодинамические условия химических реакций и приводит к появлению

Таблица 1

Химический состав сырьевых материалов

Материал/оксиды

SiO2

Al2O3

CaO

Fe2O3

MgO

K2O

Na2O

FeO

SO3

ппп

Портландцемент

20,7

4,81

63,73

4,44

1,65

0,36

0,40

-

2,90

1,01

Кварцполевошпатовый песок

74,54

13,45

2,5

1,66

0,64

6,21

-

0,15

1,66

 

 

Готовят три смеси компонентов, мас.%: портландцемент - 25-25,6, песок - 32,5-33, гранитный отсев фр. 2,5-5 мм - 32,5-33, нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 - 0,013-0,052, вода 8,348-9,987 (составы 1-3, табл.2), соответственно. Одновременно готовят контрольный бездобавочный состав бетона (состав 4, табл.2). Кроме того, готовят два известных состава бетона с использованием портландцемента, песка, гранитного отсева и золя H2SiOс плотностью ρ=1,014 г/сми рН 5…6, мас.%: 20,8-25; 24,0-25,6; 42,45-45,55 и 0,75, соответственно (составы 5 и 6, табл.2).

Смеси для составов 1-3 (табл.2) готовят следующим образом. Добавку - нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05, полученный на ускорителе электронов с удельной поверхностью 50,6 м2/г (по данным прибора для измерения удельной поверхности «Сорби-М»), подвергают ультразвуковой обработке в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в течение 10 минут вместе с водой затворения. Портландцемент М400 смешивают с заполнителями - песком с Мкр=2,1 и гранитными отсевами фракции 2,5-5 мм, добавляют водную суспензию, содержащую добавку, при водоцементном отношении, равном 0,33-0,40, тщательно перемешивают в течение 4-5 минут, затем формуют образцы-призмы из полученной бетонной смеси одинаковой подвижности размером 40×40×160 мм. Аналогичным образом готовят образцы из контрольной смеси для состава 4, табл.2: портландцемент М400 смешивают с заполнителями - песком с Мкр=2,1 и гранитными отсевами фракции 2,5-5 мм, добавляют воду до водоцементного отношении 0,44, тщательно перемешивают в течение 4-5 минут, затем формуют образцы-призмы из полученной бетонной смеси одинаковой подвижности размером 40×40×160 мм. Образцы твердеют в нормальных условиях при t=20±2°C и влажности 95-98% в гидравлической ванне затвора.

Таблица 2

№ составов

Содержание компонентов, мас.%

Портландцемент М400

Заполнитель

Добавка

Вода

Песок Мкр=2,1

Гранитные отсевы, фр.=2,5-5 мм

Золь H2SiO3с плотностью ρ=1,014 г/сми рН 5…6

Таркосил-05

1

25

32,5

32,5

0,013

9,987

2

25,3

32,8

32,8

0,032

9,068

3

25,6

33

33

0,052

8,348

4 контрольный

25

32

32

11

5 прототип

20,8

25,6

45,55

0,75

7,3

6 прототип

25

24

42,45

0,75

7,8


 

Испытания проводятся по стандартным  методикам и для каждого вида испытаний изготавливаются образцы  в соответствии с требованиями ГОСТ 10181.1-81 «Смеси бетонные. Методы определения  удобоукладываемости», ГОСТ 10180-90 (СТ СЭВ 3978-83) «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 12730.3-78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения».

Известные составы (5, 6 по прототипу, табл.2) готовят следующим образом: из дистиллированной воды и жидкого  стекла Na2SiOс плотностью ρ=1,46 г/см3, рН 11, готовят раствор с соотношением Na2SiO3:H2O - 1:20. Отдозированные материалы помещают в стеклянную емкость и перемешивают до получения гомогенного раствора с ρ=1,014 г/см3, рН 10. Раствор Na2SiOс ρ=1.014 г/см3, рН 10 пропускают через катионитовую колонку и получают на выходе золь H2SiOс плотностью ρ=1,014 г/смрН 5…6, который представляет собой кремнеземсодержащий компонент. Отдозированный кремнеземсодержащий компонент помещают в отдозированную воду. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: портландцемент М400, песок Мкр=2,1, гранитные отсевы камнедробления фр. 2,5-5 мм и воду, содержащую кремнеземсодержащий компонент, смешивают, затем формуют образцы-призмы одинаковой подвижности размером 40×40×160 мм. Образцы твердеют в нормальных условиях при t=20±2°C и влажности 95-98%. Исследуемые образцы испытывают на прочность через 3 и 28 суток.

В табл. 3 представлены физико-механические характеристики составов

1-6 исследуемых бетонов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

№ составов

Предел прочности при  сжатии, МПа

Водопоглощение, мас.%

после 3 суток

после 28 суток

 

1

32

56

3,6

2

38

69

1,5

3

56

79

1,3

4

28

44

5,5

5

63

76

2,5

6

51

62

2,6


 

Анализ полученных результатов (табл.3) позволяет сделать следующие  выводы:

- прочность высокопрочного  бетона с использованием нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 лежит в пределах 56-79 МПа после 28 суток нормального твердения, что превышает прочность бетона без добавок в среднем на 50-55%;

Информация о работе Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой