БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2006 года по МПК C04B38/08 C04B28/04 C04B111/20 

Изобретение относится к жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых объектов, работающих в условиях длительного воздействия высоких температур и резких перепадов этих температур.

В настоящее время используются жаростойкие бетоны на разных видах заполнителей и добавок, которые в условиях резких перепадов температур растрескиваются и быстро выходят из строя, что требует полной замены бетонной изоляции. Известна торкрет-масса [1], включающая в мас.%: портландцемент - 27...35, шлакопемзовый заполнитель фр.≤5 мм - 45...64, асбест хризотиловый - 3...10, отход травления алюминиевой фольги - 3...10.

Недостатками этой массы являются: повышенная усадка при твердении за счет использования мелкозернистых заполнителей и повышенные энергозатраты на мелкий помол, а также пониженная остаточная прочность после обжига при 800°С: 41...46% и пониженная термостойкость при 800°С: 8...10 водных теплосмен.

Известна также наиболее близкая по технической сущности бетонная смесь [2], включающая, мас.%: портландцемент - 14...22, шлаковый песок - 14...25, щебень из литого шлака - 32...45, андезитовый порошок - 7...14, отход производства синтетических каучуков на основе гидрата глинозема - 1...10, суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли - продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида - 0,1...0,25, воду - 7,9...10,75. Недостатками этой смеси также являются пониженная остаточная прочность и термостойкость за счет использования разнородных по химико-минералогической природе наполнителей (андезит и отход производства синтетических каучуков) и заполнителей (песок шлакопемзовый, содержащий не менее 50% стеклофазы и литой шлаковый щебень, содержащий не более 10% стеклофазы, т.е. практически полностью закристаллизованный). Кроме того, литой шлаковый щебень содержит включения соединений магния, вызывающих растрескивание этого заполнителя и жаростойкого бетона на его основе уже при температурах 400...600°С.

Сущность изобретения заключается в том, что в состав бетонной смеси в качестве мелкого и крупного заполнителей вводятся песок и щебень из шлаковой пемзы, одинаковые по химико-минералогическому составу и содержанию стеклофазы. В качестве наполнителя вводится гидрат глинозема из отходов травления фольги или синтетических каучуков, повышающего термические свойства бетона, и одновременно в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3 при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент16...22гидрат глинозема10...20песок шлакопемзовый фр. до 5 мм28...36щебень шлакопемзовый фр. 5...20 мм15...29суперпластификатор С-30,5...1,5водаостальное

Заполнители из шлаковой пемзы имеют химико-минералогический состав, близкий к портландцементу, и за счет резкого охлаждения шлакового расплава при гидроэкранном способе производства шлаковой пемзы не успевают закристаллизоваться и более чем на 50% остаются в более активной, аморфной стеклофазе. В них не успевают кристаллизоваться силикаты магния, способствующие снижению термостойкости заполнителей при резких перепадах температур в службе жаростойких бетонов в тепловых агрегатах. Повышенное содержание аморфного гидрата глинозема увеличивает огнеупорность жаростойких бетонов на портландцементе, так как, находясь в активном аморфном состоянии, он связывает гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкерных минералов портландцемента в нерастворимые гидроалюминаты кальция (CaO·Al₂O₃·nH₂O), кристаллы которого в виде новообразований закупоривают поры в цементном камне, повышая его плотность, прочность и термостойкость. Гидрат глинозема легко смешивается с цементным тестом при затворении бетонной смеси водой и, будучи тонкодисперсным, равномерно распределяется на зернах заполнителей и связующих. Поэтому этот наполнитель не требует дополнительных энергозатрат на помол и обезвоживание и повышает указанные свойства жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопемзовых заполнителях. Гидрат глинозема может вводиться как в виде отходов производства синтетических каучуков, так и в виде отходов травления алюминиевой фольги. Отходы производства синтетических каучуков по химическому составу включают до 80% Al₂О₃, до 10% СаО и п.п.п. - остальное. Отход травления алюминиевой фольги получается при производстве электролитических конденсаторов заводов радиодеталей и по химическому составу включает, в мас.%: Al₂О₃ - 87,3; Na₂O - 6,75; СаО - 1,05; SiO₂ - 0,4; п.п.п. - 4,5.

Предлагаемые составы жаростойких бетонов на основе указанных компонентов сведены в таблицу 1.

Таблица 1.
Составы жаростойких бетонов с наполнителем из гидрата глинозема.Наименование материаловРасход материалов в составахПредлагаемыхИзвестных12345прототипаналогПортландцемент16192215233017Песок шлакопемзовый фр. 0...5 мм36283027375218Щебень шлакопемзовый фр. 5...20 мм2528153114--Отход производства синтетических каучуков (отход травления алюминиевой фольги)10152082266Суперпластификатор С-30,51,01,50,41,6-0,18Щебень из литого шлака------36Вода8,59,011,58,612,4128,82Андезитовый порошок------8Асбест хризотиловый------6

Составы 1...3 изготовляли по заявке, включая крайние значения интервалов варьирования компонентов бетонной смеси. Составы 4 и 5 исследованы при расходах, превышающих заявленные интервалы, а для сравнения в одинаковых условиях были изготовлены и испытаны усредненные составы известных бетонных смесей по аналогу и прототипу.

Для изготовления образцов бетонов предварительно определяли фактическую среднюю плотность свежеуплотненной бетонной смеси. Затем рассчитывали от нее процентное содержание каждого компонента по таблице 1 и находили расход его в килограммах на 1 м³ бетонной смеси, а затем на объем замеса, обеспечивающего изготовление требуемого количества образцов. Образцы изготовляли по ГОСТ 10180-90 для определения прочности бетона на сжатие в проектном возрасте твердения и остаточной прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 20910-90. Для определения термостойкости из бетонной смеси того же состава образцы изготавливались в виде кубов 7,07×7,07×7,07 мм, в соответствии с требованиями вышеуказанного нормативного документа на жаростойкие бетоны. Твердение образцов осуществлялось также в соответствии с требованиями указанного ГОСТа (приложение 2).

После расчета каждого состава производили весовую дозировку компонентов и готовили бетонную смесь в следующей последовательности: вначале смешивали до однородности портландцемент с наполнителем, затем затворяли эту смесь водой с предварительно растворенным в ней пластификатором С-3 и, перемешав их до однородности, последовательно вводили песок и щебень, тщательно перемешивая смесь после введения каждого компонента.

Уплотнение образцов осуществлялось вибрированием на стандартной виброплощадке в течение 2...3 мин до достижения слитного состояния и появления цементного молока на поверхности образцов. Для малоцементных составов применяли пригруз. Для определения каждого свойства готовили по 3...6 образцов каждого состава (по 6 шт. для определения прочностных характеристик и по 3 шт. - на термостойкость). Твердение образцов осуществлялось пропариванием по режиму 3+6+3 часа при максимальной температуре 100...110°С с последующей сушкой в сушильном шкафу. После этого их испытывали для определения физико-механических свойств.

Результаты этих испытаний сведены в таблицу 2.

Таблица 2.
Свойства жаростойких бетонов с наполнителем из гидрата глинозема.Наименование свойствВеличины свойств в составахИзвестных (усредненных)12345прототипаналогСредняя плотность, кг/м³:       - после сушки1900201020601840196018101780- после обжига при 800°С1860194019601780184016801700Прочность при сжатии, МПа:       - после сушки29,534,837,427,130,427,523,6- после обжига при 800°С14,7519,824,712,514,610,09,9Остаточная прочность, %, после обжига при 800°С50576646483642Термостойкость при 800°С, число водных теплосмен12152191057

Из этой таблицы видно, что предлагаемые составы имеют значительно выше плотность как после сушки, так и после обжига при температуре 800°С, что объясняется заполнением пустот в бетоне гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также имеющейся в составе шлаковых заполнителей.

Значительно выше у предлагаемых составов по сравнению с известными при одинаковых условиях изготовления и твердения прочность при сжатии как после сушки, так и после обжига. При этом и остаточная прочность после обжига при 800°С значительно выше у предлагаемых составов за счет повышенного содержания гидрата глинозема, а термостойкость в 2...3 раза превышает таковую у известных составов.

У составов 4 и 5, содержащих запредельные количества основных компонентов, эти показатели снижаются, что свидетельствует об оптимальности заявленных пределов содержания компонентов бетонной смеси.

Использованная литература:

1. Авт. свид. № 966068, опубл. 15.10.1982.

2. Авт. свид. № 1502517, опубл. 23.08.1989.

Изобретение относится к специальным жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых агрегатов, работающих в условиях длительного действия высоких температур и их резких перепадов. Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель - гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей - отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня - щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 16-22, указанный гидрат глинозема 10-20, указанный песок 28-36, указанный щебень 15- 29, С-3 0,5-1,5, вода остальное. Технический результат: увеличение плотности за счет заполнения пустот в пористом заполнителе гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также повышение остаточной прочности после обжига при температуре 800°С и термостойкости. 2 табл.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель - гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, отличающаяся тем, что она содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей - отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня она содержит щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент16-22Указанный гидрат глинозема10-20Указанный песок28-36Указанный щебень15 -29С-30,5-1,5ВодаОстальное