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

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве бетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций.

Известна бетонная смесь, включающая следующие компоненты из расчета на 1 м³ смеси, кг: цемент - 250, песок - 850, щебень - 1200, вода - 160 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. Уч. пособие. - М.: Высш. Шк., 1972).

Наличие природного песка и щебня в составе бетонной смеси снижает прочность, морозостойкость бетона за счет присутствия глинистых частиц, которые также повышают водопотребность бетонной смеси, что ведет к усилению усадочных явлений.

Известны также составы бетонных смесей, в которых исключено отрицательное влияние глинистых примесей на свойства бетонных смесей и бетонов - это бетоны, содержащие вторичное сырье промышленных производств, в частности шлаки и золы-уноса взамен традиционных заполнителей (Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М.: Высш. Шк., 1990. - с.34).

Недостатком таких смесей является использование значительного количества дорогостоящего портландцемента.

В качестве прототипа рассмотрим бетонную смесь (Авторское свидетельство СССР №673625 от 07.02.77), обеспечивающую уменьшение расхода цемента и включающую, мас.%: портландцемент 10-18, известняковый заполнитель (отходы известняка-ракушечника) 80-83, золу-унос или зольно-топливный отход 2-7 и воду остальное.

Ее недостаток - пониженная прочность бетона при сжатии и низкая морозостойкость, что объясняется наличием большого количества известняка-ракушечника.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение прочности бетона при пониженном расходе цемента, расширение сырьевой базы и улучшение экологии угледобывающих регионов за счет утилизации промышленных отходов.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого состава бетонной смеси, включающей, мас.%: портландцемент 6-12, зола-унос 4-6, отвальный металлургический шлак 35-40, горелые породы терриконов 35-40, остальное - вода.

Для предлагаемой бетонной смеси в качестве заполнителей используются имеющиеся отвальный металлургический шлак, основными компонентами которого являются оксиды кальция (35-38 мас.%), магния (15-20 мас.%) и горелые породы шахтных терриконов, содержащие также оксиды кальция (1,85 мас.%), магния (2,66 мас.%), натрия (2,1 мас.%), и калия (2,65 мас.%). В качестве мелкого заполнителя используется золы-уноса ТЭС, в состав которых входят оксиды кремния (50 мас.%), кальция (3,6 мас.%), калия (5,1 мас.%), натрия (2,4 мас.%), и железа (4,3 мас.%).

Предлагаемые заполнители являются не только экономически выгодным и доступным сырьем, но и активными компонентами, т.е. при затворении смеси принимают участие в реакциях, способствующих образованию цементного камня, сокращая время набора максимальной прочности бетона. Наличие в предлагаемых заполнителях значительного количества оксидов кальция и магния позволяет снизить количество вводимого в бетонную смесь цемента.

Для приготовления бетонной смеси использовалась зола-унос следующего гранулометрического состава: 0-0,15 мм - 73,9%, 0,15-0,315 мм - 2,4%, 0,315-0,63 мм - 3%, 63-1,25 - 1,8%, 1,25-2,5 мм - 8,6%, 2,5-5 мм - 10%. Объемный вес золы-уноса - 1,3-1,49 г/см³.

Оксидный состав золы-уноса: SiO₂ - 50%, CaO - 3,6%, К₂О - 5,1%, Al₂О₃ - 22,5%, Fe₂O₃ - 14,3%, Na₂O - 2,4%, MgO - 0,7%, SO₃ - 1,5%.

Гранулометрический состав горелых пород шахтных терриконов:

Размер отверстия сита, ммОстаток на сите, %5023,04036,23027,82013,0менее 20нет

Оксидный состав горелых пород шахтных терриконов: CuO - 1,85%, MgO - 2,66%, S - 1,20%, SO₃ - 0,12%, Na₂O - 2,10%, К₂О - 2,15%.

Гранулометрический состав отвальных металлургических шлаков:

Размер отверстия сита, ммОстаток на сите, %50154020304020 и менее25

Оксидный состав металлургических шлаков: S - 0,155%, Fe₂O - 10,50%, Fe₂О₃ - 2,21%, Al₂О₃ - 2,49%, Cr₂О₃ - 1,43, Р₂O₅ - 1,03%, SiO₂ - 17,20%, CaO - 35,05%, MgO - 15,12%, MnO - 14,71%.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в компонентах предлагаемой бетонной смеси не представляет опасности и поэтому в соответствии с действующими нормативами радиационной безопасности она может быть использована во всех видах строительства.

Смесь изготавливалась традиционным образом в бетономешалке без предварительной обработки. В таблице 1 приведены четыре состава, выполненные в соответствии с предлагаемым изобретением и контрольные составы с традиционными заполнителями - щебнем и песком.

Как видно из таблиц 1, 2, образцы составов по предлагаемому изобретению, по сравнению с образцами, изготовленными с традиционными заполнителями, обладают значительными преимуществами и обеспечивают:

1. Снижение затрат на производство бетонных изделий за счет использования компонентов из промышленных отходов, в том числе за счет снижения транспортных расходов (сырье местное), и применения упрощенной технологии приготовления бетонной смеси.

2. Уменьшение расхода цемента по сравнению с традиционно используемыми бетонными смесями (таблица 1). Так, например, расход цемента для изготовления бетона марки 100 по предлагаемому изобретению может быть снижен на 35% и более.

3. Повышение прочности на сжатие (таблица 2). Так, например, для бетона марки 100 прочность бетона, изготовленного из предлагаемой смеси, составляет свыше 140 кг/см².

Таблица 1Марка бетонаРасход материалов, мас.%традиционная бетонная смесьпредлагаемая бетонная смесьпортландцементпесокщебеньводапортландцементзола-уносгорелые породыотвальные шлакивода10010,226,456,66,86,06,040,040,08,015011,325,456,07,38,05,838,838,88,720012,625,055,27,210,04,837,537,59,225014.523,554,77,412,04,035,535,513,0

По каждому из этих составов было изготовлено по три образца в виде куба с ребром 150 мм для проведения испытаний. Образцы предварительно подвергались виброуплотнению в течение 33-45 сек с частой 3000 кол/мин и хранились в нормальных условиях в течение 28 суток.

Результаты испытаний указанных бетонных образцов содержатся в таблице 2, где приведены усредненные значения показателей физико-механических свойств по каждому составу.

Таблица 2№Физико-механические свойстваБетон из традиционной смесиБетон из предлагаемой смеси1Теплопроводность, Вт/м °С1,45-1,510,35-0,402Объемный вес, кг/м³2500-24002000-22003Морозостойкость, цикл503004Прочность на сжатие, кг/см² (Бетон М200)200более 2505Увеличение прочности во времени5-10%70% и более8Наличие трещинвозникаютне проявляются

Настоящее изобретение относится к составу бетонной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов и при производстве бетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций. Бетонная смесь включает, мас.%: портландцемент 6-12, золу-унос 4-6, отвальный металлургический шлак 35-40, горелые породы терриконов 35-40 и воду - остальное. Технический результат - повышение прочности бетона при пониженном расходе цемента, снижение затрат на производство за счет использования компонентов из промышленных отходов, в том числе и за счет снижения транспортных расходов, а также улучшение экологии угледобывающих регионов за счет утилизации промышленных отходов. 2 табл.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, золу-унос, заполнитель, воду, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя она содержит отвальный металлургический шлак и горелые породы терриконов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент6-12Зола-унос4-6Отвальный металлургический шлак35-40Горелые породы терриконов35-40ВодаОстальное