Сырьевая смесь для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой

- расход добавки - модификатора  бетона - нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 в 5-10 раз меньше по сравнению с введением в состав бетона кремнеземсодержащего компонента, представленного золем H₂SiO₃;

- повышение прочности  связано с ускорением пуццолановой  реакции и образованием большого  количества гидросиликатов кальция (ГСК), преимущественно низкоосновных типа CSH(I), что приводит к ускорению твердения и повышению прочности;

- оптимальное водоцементное  отношение для получения смеси  для высокопрочного бетона лежит  в пределах 0,33-0,40, при котором  получены оптимальные физико-механические  свойства бетона.

Предлагаемую сырьевую смесь  для получения высокопрочного бетона готовят следующим образом.

Отдозированный нанодисперсный порошок диокида кремния Таркосил-05, полученный на ускорителе электронов с удельной поверхностью 50,6 м²/г, помещают в отдозированную воду. Для лучшего диспергирования агломератов наночастиц диоксида кремния в воде компоненты подвергают ультразвуковой обработке в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А в течение 10 минут вместе с водой затворения. Отдозированные компоненты сырьевой смеси: вяжущее - портландцемент М400 25-25,6 мас.% смешивают с заполнителями - песком с Мкр=2,1 в количестве 32,5-33 мас.% и гранитными отсевами фракции 2,5-5 мм в количестве 32,5-33 мас.%, добавляют водную суспензию, содержащую добавку - нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 в количестве 0,013-0,052 мас.%, добавляют воду в количестве 8,348-9,987 мас.% при водоцементном отношении, равном 0,33-0,40, помещают в бетоносмеситель, тщательно перемешивают компоненты в течение 4-5 минут, затем из полученной бетонной смеси формуют образцы-призмы одинаковой подвижности размером 40×40×160 мм для контроля качества по параметрам прочности при сжатии, а также водопоглощения.

Твердение бетона осуществляют в нормальных условиях, а результаты испытаний согласно ГОСТ 10180-90 «Методы  определения прочности по контрольным  образцам» представлены в табл. 3.

Примеры, подтверждающие получение  смеси для высокопрочного бетона с нанодисперсной добавкой

Пример 1. Добавку - нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 подвергают ультразвуковой обработке в ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А вместе с водой затворения в течение 10 минут. Вяжущее - портландцемент М400 смешивают с заполнителями - песком с модулем крупности Мкр=2,1 и гранитными отсевами фракции 2,5-5 мм.

Содержание компонентов  в смеси, мас.%:

Портландцемент - 25;

Песок Мкр=2,1 - 32,5;

Гранитные отсевы фракции 2,5-5 мм - 32,5;

Нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 - 0,013.

После перемешивания в  бетоносмесителе компонентов в течение 4-5 минут добавляют воду в количестве 9,987 мас.% - В/Ц отношение 0,40, затем из полученной бетонной смеси формуют образцы-балочки размером 40×40×160 мм. Образцы твердеют в нормальных условиях при t=20±2°C и влажности 95%.

Предел прочности при  сжатии в возрасте 3 суток - 32 МПа, 28 суток - 56 МПа.

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, при следующем соотношении  компонентов, мас.%:

Портландцемент - 25,3;

Песок Мкр=2,1 - 32,8;

Гранитные отсевы фракции 2,5-5 мм - 32,8;

Нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 - 0,032.

Для получения бетонной смеси  берут воду в количестве 9,068 мас.%, В/Ц - отношение 0,36. Предел прочности при сжатии в возрасте 3 суток - 38 МПа, 28 суток - 69 МПа.

Пример 3. Проводят аналогично примеру 1 при следующем соотношении  компонентов, мас.%:

Портландцемент - 25,6;

Песок Мкр=2,1 - 33;

Гранитные отсевы фракции 2,5-5 мм - 33;

Нанодисперсный порошок диоксида кремния Таркосил-05 - 0,052.

Берут воду в количестве 8,348 мас.%, В/Ц - отношение 0,33. Предел прочности при сжатии в возрасте 3 суток - 56 МПа, 28 суток - 79 МПа.

В табл. 4 приведены сравнительные  данные по прочности при сжатии в  возрасте 3 и 28 суток нормального  твердения, водопоглощения по массе высокопрочного бетона, полученного по предлагаемому изобретению в сравнении с прототипом (см. Комохов П.Г. Золь-гель как концепция нанотехнологии цементного композита // Строительные материалы. - 2006. - №9. - С.89-90).

 

Таблица 4
Физико-технические свойства	Единица измерения	Бетон с нанодисперсным порошоком диоксида кремния Таркосил-05	Бетон с золем H2SiO3
Средняя плотность	кг/м5	2450	2400
Прочность при сжатии после 3 сут	МПа	32-56	51-63
Прочность при сжатии после 28 сут	МПа	56-79	62-76
Водопоглощение	% по массе	1,3-3,6	2,5-2,6

 

Таким образом, предлагаемая сырьевая смесь для получения  высокопрочного бетона с новой нанодисперсной добавкой нанодисперсным порошком диоксида кремния Таркосил-05 имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом (см. Комохов П.Г. Золь-гель как концепция нанотехнологии цементного композита // Строительные материалы. - 2006. - №9. - С.89-90):

- эффект увеличения прочности  достигается вследствие применения  нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05, в результате происходит ускорение пуццолановой реакции и образование большого количества гидросиликатов кальция, преимущественно низкоосновных типа CSH(I), что приводит к ускорению твердения и повышению прочности;

- прочность при сжатии  и водопоглощение полученного бетона с использованием новой добавки - нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 выше прочности при сжатии бетона с использованием золя H₂SiO₃, что объясняется повышенной плотностью полученного бетона, а количество добавки - нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 лежит в пределах 0,013-0,052%, в то время как в бетоне с золем H₂SiO₃ содержание добавки составляет 0,75%;

- повышение подвижности  бетонной смеси за счет введения  добавки-модификатора, а именно нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05, введение которого способствует развитию ионного обмена Са²⁺↔2Н⁺и увеличению пластификации цементного теста.

Предлагаемая смесь для  высокопрочного бетона на основе портландцемента, песка, гранитных отсевов и новой  добавки нанодисперсного порошка диоксида кремния Таркосил-05 может быть использована для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, в том числе с использованием нанотехнологии.

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, отличающийся тем, что 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 мин 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