БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2011 года по МПК C04B28/04 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении теплоизоляционных бетонов, применяемых для изготовления ограждающих конструкций с высокими теплоизоляционными свойствами.

Известна арболитовая смесь, включающая цемент, древесную дробленку, известь, гипс, хлорид кальция, отходы хлопчатобумажного производства в виде сора и пыли при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 37-42; древесная дробленка 28-33; известь 11-13; гипс 1-3; хлорид кальция 4-6; отходы хлопчатобумажного производства в виде сора и пыли 10-12, причем водоцементное отношение составляет 0,7-0,9 (патент РФ №2307100, кл. С04В 28/00, С04В 18/26, С04В 18/30. Опубл. 27.09.2007 г.).

Недостатками известной арболитовой смеси являются высокий расход цемента и высокая чувствительность к экстрактивным веществам древесины, негативно влияющим на прочностные свойства цементного камня.

Известна также сырьевая смесь для изготовления неавтоклавного ячеистого бетона, включающая цемент, наполнитель, порообразователь, воду и добавки. В качестве наполнителя используют глины. Причем соотношение между цементом и наполнителем принимают в пределах, вес.%:

Цемент 70-20 Наполнитель 30-80

(авторское свидетельство СССР №337361, кл. С04В 15/02. Опубл.05.05.1972 г. Бюл. №15).

Недостатками известной композиции являются низкая прочность и высокая чувствительность к минералогическому составу применяемого наполнителя. Например, при применении в качестве наполнителя грунтов с высоким содержанием глинистых минералов, особенно монтмориллонитовой группы, необходимо увеличивать расход цемента в связи с ионообменной активностью глины, ухудшающей условия твердения цемента. Для снижения негативного воздействия глин в смесь вводят известь. Однако вводимая для защелачивания среды известь приводит к удорожанию композиции и усложнению технологического процесса приготовления изделий. Кроме того, при высоком содержании в глине монтмориллонитовых минералов значительно увеличивается расход извести (Гуменский Б.М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. - М., 1965. - 255 с.).

Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сущности является бетонная смесь, включающая портландцемент, легкий заполнитель, содержащий торф и древесные отходы, и воду. Легкий заполнитель в качестве древесных отходов содержит опилки, а бетонная смесь дополнительно содержит глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 9-10 Торф 12-16 Опилки 4-8 Глина 17-19 Вода остальное

(патент РФ №2136624, кл. С04В 28/02. Опубл. 10.09.1999 г.).

Однако данная смесь отличается низкой прочностью.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение прочностных свойств материала при сохранении простоты состава бетонной смеси.

Технический результат заключается в получении более плотной структуры минерального каркаса бетона.

Поставленная задача решается тем, что в бетонную смесь, включающую портландцемент, опилки и глину, дополнительно введены ацетоноформальдегидная смола (АЦФ) и электрохимически активированный раствор хлорида натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%.:

Портландцемент 7-8 Опилки 28-25 Глина 35-40 Ацетоноформальдегидная смола 1,0-1,5 Электрохимически активированный   раствор хлорида натрия остальное

Ацетоноформальдегидная (АЦФ) смола способствует увеличению смачиваемости зерен минерального вяжущего и глинистых минералов, что, в свою очередь, повышает степень гидратации цементного вяжущего и приводит к росту конечной прочности изделия. Кроме того, смола АЦФ адсорбируется на зернах глины и в процессе высыхания материала полимеризуется, придавая дополнительную прочность межзерновым контактам силикатного каркаса бетона. В результате образуется более плотная структура минерального каркаса бетона.

Электрохимически активированный раствор хлорида натрия поддерживает высокую щелочность цементно-глиняного теста и нормализует гидротационные процессы цемента. Наличие щелочных металлов в растворе способствует ионному обмену и экстракции из минералов глин ионов щелочноземельных и других металлов, образующих малорастворимые соли и выполняющих роль центров кристаллизации. В результате гидратация цемента проходит в более сжатые сроки, что содействует ускоренному схватыванию смеси и повышению конечной прочности изделия.

Совместное присутствие в бетонной смеси АЦФ смолы и электрохимически активированного раствора хлорида натрия эффективно нейтрализует ионообменную активность глин независимо от их минералогического состава. А выделяемые древесными отходами экстрактивные вещества поглощаются монтмориллонитовыми минералами глин, что приводит к снижению как адсорбционной активности указанных минералов, так и к снижению ингибирующего действия экстрактивных веществ на портландцемент.

Таблица 1 Компоненты Содержание компонентов в заявленном составе, мас.%. Содержание компонентов в прототипе, мас.%. Состав
1 Состав
2 Состав
3 Состав
4 Портландцемент 6 7 8 9 9-10 Торф - - - - 12-16 Опилки 30 28 25 20 4-8 Глина 25 35 40 50 17-19 Вода - - - - остальное Ацетоно-формальдегидная смола (АЦФ) 1,5 1,5 1,0 1,0   Электрохимически активированный раствор хлорида натрия 37,5 28,5 26,0 20,0  

Таблица 2 Свойства Предлагаемые составы Прототип Состав
1 Состав
2 Состав
3 Состав
4 Средняя плотность, кг/м³ 550 610 650 700 585-603 Предел прочности при сжатии, МПа 0,45 0,68 0,64 0,60 0,47-0,55

Приготовление бетонной смеси осуществляют следующим образом. Портландцемент, АЦФ смолу и 1/3 от расчетного количества электрохимически активированного раствора хлорида натрия смешивают в смесителе до образования однородного цементного теста.

В качестве ацетонформальдегидной смолы (АЦФ) используют, например, продукт поликонденсации ацетона и формальдегида (молярное соотношение 1:2 или 1:3) в щелочной среде - АЦФ-3 (ТУ 6-05-221-122-78) с концентрацией активного вещества не менее 90%, а в качестве портландцемента - портландцемент М 400 производства АО «Вольскцемент» ГОСТ 10178-85.

В качестве электрохимически активированного раствора хлорида натрия используют, например, электрохимически активированный раствор хлорида натрия (пищевая соль ГОСТ 13830-84) с минерализацией 5 г/л - католит (рН 11,5-12,5), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)=-700…-820 мВ, х.с.э., приготовленный в электролизере проточного типа «Стел-4Н» (Бахир В.М. Электрохимическая активация / В.М.Бахир. - М.: ВНИИИМТ. - 1992. -2 ч. - 657 с.; Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды / В.М.Бахир. - М.:ВНИИИМТ. - 1999. - 84 с.). При более высоких концентрациях хлорида натрия на электродах в катодной камере электролизера накапливаются отложения гидроксидов щелочноземельных металлов, которые препятствуют процессу активации, при этом электроды перегреваются и преждевременно выходят из строя. Параметры получения электрохимически активированного раствора хлорида натрия приведены в таблице 3.

Таблица 3 Параметры получения ЭХА раствора хлорида натрия (католита) Параметры обработки Водородный показатель, рН ОВП раствора, мВ (х.с.э.) Сила тока 0,1 А 11,5-12,5 Разность потенциалов 1,5 В

Оставшуюся часть электрохимически активированного раствора хлорида натрия смешивают с глиной в смесителе принудительного типа до получения однородной смеси, после чего полученную однородную смесь смешивают с опилками.

В качестве глины используют, например, сырье глинистое ГОСТ 21216.0-81 - ГОСТ 21216.4-81 Елшанского месторождения Саратовской области, свойства которого приведены в таблице 4.

Таблица 4 Свойства глинистого сырья
Химический состав глинистого сырья № Месторождение сырья Содержание окислов, % SiO₂ (своб.), % п.п.п SiO2 Al₂O₃ Fе₂О₃ FeO CaO MgO SO₃ 1 Елшанское 7,71 67,03 13,06 5,52 - 6,59 1,31 0,91 29,16 Минералогический состав глинистого сырья № Месторождение сырья Содержание минералов в % Гидрослюда Хлорит Монтмориллонит Каолин Кварц Другие минералы 1 Елшанское 10 15 25 10 29 Кальцит 7
Полевой шпат 2 Гранулометрический состав глинистого сырья и керамические свойства № Месторождение сырья Содержание фракций в % Число пластичности Классификация глин >0,25 0,25 0,05 0,01 0,005 <0,001 0,05 0,01 0,005 0,001 1 Елшанское 1,9 29,8 28,8 12,5 13,5 13,5 15,6 тяжелый суглинок

В качестве опилок используют, например, отходы от вторичной обработки древесины (форма кубическая или волокнистая) размером 1-2 мм хвойных и лиственных пород.

Всю массу перемешивают в течение 3-5 мин. Затем полученную смесь смешивают с полученным ранее цементным тестом, перемешивают 5-10 мин и укладывают в предварительно смазанную форму и уплотняют с помощью пригруза на виброплощадке в течение 2 мин. После чего уложенные в форму образцы термообрабатывают в пропарочной камере в течение 5-6 часов при 70°С и W_отн.=100% или выдерживают в нормальных условиях (W_отн.=100%, t=25°C) в течение 24 ч. После термообработки в пропарочной камере образцы распалубливают. В случае твердения в нормальных условиях распалубку производят через сутки. Термообработанные и распалубленные образцы помещают в сушильную камеру с температурой 100°С на 8-10 часов. Не подвергшиеся термообработке распалубленные образцы отверждают в условиях 100%-ной относительной влажности в течение 28 суток.

Полученные образцы конструкционного материала плотностью 600 кг/м³ отличаются повышенной (на 26%) прочностью по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении теплоизоляционных бетонов, применяемых для изготовления ограждающих конструкций с высокими теплоизоляционными свойствами. Технический результат - повышение прочностных свойств материала при сохранении его теплоизоляционных характеристик и простоты состава бетонной смеси. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 7-8, опилки 25-28, глина 35-40, ацетоноформальдегидная смола 1,0-1,5, электрохимически активированный раствор хлорида натрия остальное. 4 табл.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, опилки и глину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ацетоноформальдегидную смолу и электрохимически активированный раствор хлорида натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 7-8 Опилки 25-28 Глина 35-40 Ацетоноформальдегидная смола 1,0-1,5 Электрохимически активированный   раствор хлорида натрия остальное