БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2005 года по МПК C04B28/08 C04B111/20 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к бесцементным составам низкомарочных бетонных смесей из отходов техногенного происхождения.

Известно вяжущее, включающее золу-унос 55,6-62,5% по массе и жидкое стекло, изготовленное из отходов производства кристаллического кремния - микрокремнезема 37,5-44,4% [RU 2130904 C1, 27.05.1999].

Недостатком известного вяжущего является то, что в нем используется жидкое стекло, которое получается искусственным путем, а это требует энергетических и экономических затрат, что нецелесообразно.

В качестве прототипа принята бетонная смесь, содержащая высококальциевую золу-унос 30-40%, шлаковый песок фракции 5 мм 30-40%, высококремнеземистую пыль - отход ферросплавного производства 3-4%, и воду с температурой 60-80°С [RU 2065420 C1, 20.08.1996].

Недостатком прототипа является то, что при добавлении выкококальциевой золы-унос менее 30% ухудшаются вяжущие свойства, а при добавлении более 40% уменьшается прочность бетонной смеси. При добавлении шлакового песка более 40% также значительно уменьшается прочность бетона, а применение подогретой воды (до 60-80°С) для затворения бетонной смеси требует дополнительных энергетических затрат, что экономически невыгодно.

Задачей изобретения является удешевление смеси, улучшение ее прочностных характеристик, а также улучшение экологического аспекта за счет применения отходов техногенного производства.

Поставленная задача достигается тем, что бетонная смесь, включающая высококальциевую золу-унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, согласно изобретению дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высококальциевая зола-унос ТЭЦ 45-49

Кварцевый песок 21-24

Микрокремнезем 3-4

Минерализованные стоки 1,5-2,5

Вода - остальное

Высококальциевая зола-унос обладает вяжущими свойствами, но наличие в ней свободного оксида кальция СаО_своб. приводит к разрушению бетона за счет поздней гидратации в уже затвердевшем материале. Для ликвидации негативного влияния СаО_своб. на процессы гидратации и улучшение свойств зольного теста и камня в бетонную смесь вводится микрокремнезем, являющийся отходом производства кристаллического кремния и состоящий из аморфного кремния и химически активного SiO₂. Наличие этих компонентов в составе микрокремнезема и введение его в состав бетонной смеси способствует связыванию СаО и Са(ОН)₂ в плотные и прочные гидросиликаты.

Введение ультрадисперсных частиц микрокремнезема способствует повышению вязкости системы и более быстрому возникновению центров кристаллизации, что приводит к снижению энергетических затрат на образование зародышей кристаллизации. Это способствует формированию структуры зольного камня с меньшими напряжениями и ускорению твердения зольных систем. Таким образом, происходит нейтрализация негативного влияния СаО_своб., сокращаются сроки начала и конца схватывания.

С целью интенсификации твердения зольного камня и повышения прочностных характеристик бетона в состав бетонной смеси вводится отход производства цветной металлургии - минерализованные стоки, получаемые в результате нейтрализации промышленных стоков металлургического производства известковым молоком с последующим упариванием.

Результаты рентгенографического и дифференциально-термического анализов показали, что хлориды, содержащиеся в минерализованных стоках, вступают в реакции обмена или присоединения с минералами золы-унос, увеличивая при этом степень гидратации силикатных фаз, что способствует появлению новообразований в виде гидрохлоралюминатов кальция. Результатом является то, что в бетонной смеси ускоряются процессы гидратации в начальные сроки и сразу после изготовления изделий, обеспечивая при этом раннее структурообразование бетонной смеси, а также ускоренный набор прочности материала и ликвидацию негативного влияния СаО_своб..

Бетонная смесь готовится из компонентов в следующем соотношении: высококальциевая - зола унос ТЭЦ - 45-49%; песок - 21-24%; микрокремнезем - 3-4%, минерализованные стоки - 1,5-2,5%, вода - остальное.

Песок и зола-унос подаются в бетоносмеситель и затворяются водной суспензией, состоящей из микрокремнезема, минерализованных стоков и воды. Смесь перемешивается в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2...3 минут. Из готовой бетонной смеси формуют изделия, твердение которых осуществляется в камере тепловлажностной обработки при температуре 70-80°С по режиму (2+6+2) ч.

При содержании высококальциевой золы-унос в бетонной смеси более 49% уменьшаются прочностные характеристики бетона, при содержании менее 45% ухудшаются вяжущие свойства бетонной смеси.

При содержании микрокремнезема более 4% сокращаются сроки схватывания зольного вяжущего, что неблагоприятно влияет на процессы гидратации, при содержании микрокремнезема менее 3% СаО_своб. остается несвязанным, что приводит к последующему разрушению изделий.

Сырьевыми материалами для бетона предлагаемого состава являлись: высококальциевая зола сухого отбора Красноярской ТЭЦ-2, кварцевый песок фракции 0,16-5,0 мм, микрокремнезем Братского алюминиевого завода и солевые (минерализованные) стоки Красноярского завода цветных металлов.

Свойства сырьевых материалов приведены в табл.1 и 2.

Таблица 1
Физические свойства исходных материаловНаименование показателейЗначение показателей для материалаВысококальциевая зола-уносКварцевый песокМикрокремнеземНасыпная плотность, кг/м³11601585200Истинная плотность, кг/м³288026102200Удельная поверхность, см²/г3120-23000Остаток на сите 008, %9,199,4-Модуль крупности, М_кр-1,9-Таблица 2
Химический состав золы-унос и микрокремнеземаНаименование окисловСодержание окислов, %, в материалезола-уносмикрокремнеземSiO₂34,390,8СаО_общ.35,933,1CaО_своб.10,38-Аl₂O₃6,15-Fе₂О₃+FeO9,93-MgO7,63-К₂О+Na₂О0,63+0,22,5TiO₂0,23-МnО₂--SO₃2,180,6Потери при прокаливании2,33

Разработанная бетонная смесь является более экономичной, чем известные благодаря использованию попутных продуктов различных отраслей промышленности и позволяет получать бетоны марок М50-М200 без применения цементного вяжущего.

Таким образом, техническим результатом изобретения является удешевление стоимости бетонной смеси и повышение прочности бетона, улучшение экологической обстановки в регионе.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, и в частности, к составам бетона, применяемых для изготовления бетонных изделий. Техническим результатом является удешевление смеси, повышение прочностных характеристик бетона, а также улучшение экологического аспекта за счет применения отходов техногенного производства. Бетонная смесь, включающая высококальциевую золу-унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, согласно изобретению дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: высококальциевая зола-унос ТЭЦ - 45-49, песок - 21-24, микрокремнезем - 3-4, минерализованные стоки - 1,5-2,5, вода – остальное. 2 табл.

Бетонная смесь, включающая высококальциевую золу—унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высококальциевая зола-унос ТЭЦ 45-49

Кварцевый песок 21-24

Микрокремнезем 3-4

Минерализованные стоки 1,5-2,5

Вода Остальное