Смесь для производства мелкозернистого бетона повышенной термической стойкости Российский патент 2025 года по МПК C04B28/04 C04B103/32 C04B14/06 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве бетонных и железобетонных изделий, эксплуатирующихся на объектах, где они могут подвергаться воздействию горячей воды или пара.

Публикации по деструкции бетона при длительном контакте с горячей водой достаточно малочисленны, что свидетельствует о слабой изученности данного вопроса. Однако этот вид физической коррозии цементных систем при повышенных температурах в водной среде хорошо изучен специалистами по тампонажным цементам, он получил название «термическая коррозия» (1. Булатов А.И., Рахимбаев Ш.М., Новохатский Д.Ф. и др. // Коррозия тампонажных цементов. Т.: «Узбекистан», 1970. С. 96).

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является сырьевая смесь для приготовления бетона на основе кварцитопесчаника, включающая портландцемент, отсев дробления кварцитопесчаника фракции не более 0,63 мм и механоактивированный отсев дробления кварцитопесчаника при следующих соотношениях компонентов, кг/м³:

портландцемент 300-350;

отсев дробления кварцитопесчаника 1100-1300;

указанный отсев кварцитопесчаника механоактивированный 90-140;

вода остальное [патент RU 2 389 703 C1, опубл. 20.05.2010].

Недостатком является низкая термическая стойкость бетона, из-за того, что используется механоактивированный отсев дробления кварцитопесчаника. Это также требует применения дополнительных технологических процессов механоактивации (предварительной сушки, помола), что повышает материальные и энергетические затраты, усложняет технологию производства ЖБИ.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в получении термически стойкого состава мелкозернистого бетона на основе отсева дробления кварцитопесчаники без разделения на фракции.

Изобретение направлено на повышение термической стойкости мелкозернистых бетонов, испытывающих помимо механической, тепловую (30-95 °С) и гидравлическую нагрузку (влажность 90-100 %).

Это достигается тем, что смесь для производства мелкозернистого бетона повышенной термической стойкости включает портландцемент, отсев дробления кварцитопесчаника с размером частиц 0-5 мм, и дополнительно содержит тонкодисперсный доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 3800 см²/г и модулем основности М_о=1,07, а также поликарбоксилатный суперпластификатор Полипласт ПК тип S (ТУ 20.59.59-109- 58042865-2020) и воду при следующем соотношении компонентов, кг/м³ смеси (мас.%):

портландцемент 520 22,31 отсев дробления кварцитопесчаника 1470 63,06 тонкодисперсный доменный гранулированный шлак 130 5,57 поликарбоксилатный суперластификатор 3,2 0,14 % вода остальное

Предложенный термостойкий состав мелкозернистого бетона соответствует классу по прочности В 30.

Если количество составных компонентов смеси мелкозернистого бетона выйдет за рамки предлагаемых соотношений значений в меньшую или большую сторону, то происходит снижение прочностных показателей конечных изделий.

Для оценки термической стойкости мелкозернистого бетона из предлагаемой смеси, исследовали кинетику твердения образцов в условиях повышенной температуры (80 °С) и влажности (W= 100 %). Для проведения эксперимента использовали следующие материалы.

Характеристики используемых материалов:

портландцемент ЦЕМ I 42,5Н, например ЗАО «Осколцемент», минералогический состав: С₃S=61,59 %, С₂S=14, %, С₃A= 6,83 %, C₄AF=13,73 %; НГ=26 %; начало схватывания 230 мин, активность 56,2 МПа;

тонкодисперсный доменный гранулированный шлак, например Новолипецкого металлургического комбината, химический состав: SiO₂=40,08 %, Al₂O₃=7,37 %, Fe₂O₃=0,51 %, СaO=41,16 %, MgO=9,35 %, S=0,45 %, MnO₂=0,63 %, TiO₂=0,45 %; модуль основности М₀ =1,07; Sуд=3800 см2/г;

отсев дробления кварцитопесчаника фр. 0-5 мм Лебединского ГОКа, химический состав: SiO₂=91,24 %, TiO₂=0,27 %, Al₂O₃=2,39 %, Fe₂O₃=2,40 %, FeO=1,58 %, CaO=0,89 %, MgO=1,34 %, Na₂O+K₂O=0,69 %, P₂O₅=0,11 %, S=0,06 %;

поликарбоксилатный суперластификатор Полипласт ПК тип S (ТУ 20.59.59-109- 58042865-2020);

вода водопроводная (ГОСТ 23732-79).

Были изготовлены образцы размером 2,5х2,5х10 см и 4х4х16 см методом пластического формования. Часть образцов твердела в нормальных условиях, образцы такого же количества и состава помещались в водяную баню LOIP LB-163 через 2 суток после формования. Подъем температуры осуществлялся в течение 3 ч до 80 °С, после чего температура поддерживалась на данном уровне. Образцы размером 2,5×2,5×10 см испытывали на прочность при изгибе и сжатии через 1, 3, 6, 12 месяцев на гидравлическом прессе ПГМ-100МГ4. Перед испытанием образцы предварительно остывали в течение 1 суток в контейнере с теплоизоляционными стенками. Образцы размерами 4×4×16 см использовали для определения скорости прохождения ультразвука путем поверхностного прозвучивания на приборе «Пульсар-2.2».

По данным прочности при сжатии рассчитан коэффициент термической стойкости, который показывает отношение предела прочности при сжатии образцов, твердевших в воде при температуре 80 °С к пределу прочности образцов при сжатии, твердевших в воде при температуре 20 °С: К_{терм.ст}=R⁸⁰_сж/ R²⁰_сж. Коэффициент термической стойкости через 12 мес. исследований составил 1,32, что свидетельствует о высокой термической стойкости состава.

Данные скорости прохождения УЗ-импульсов в образцах, твердевших в воде при 80 °С приведены на фиг. 1. Следует отметить, что показатель изменения скорости прохождения ультразвука представляет собой интегральную характеристику, характеризующую комплекс структурно-механических свойств материала: прочность, пористость, трещинообразование, внутреннее напряжение структуры и т.д.

Результаты исследований, приведенные на фиг. 1 показали, что в течение полутора месяцев наблюдался рост скорости УЗ-сигнала до 4178 м/с, затем стабилизация скорости прохождения УЗ-сигнала в интервале от 1,5 до 2,5 мес. После 3,5 мес. наблюдался интенсивный подъем скорости до 6 мес, достигнув максимального значения 4522 м/с, после чего стабилизация скорости прохождения УЗ-сигнала вплоть до года с незначительным ростом до 4587. Скорость прохождения УЗ-сигнала к 12 мес. испытаний повысилась ≈ на 309 м/с после набора прочности в течение 1 мес. Данные скорости прохождения ультразвука свидетельствуют о том, что в образцах мелкозернистого бетона происходит формирование структуры, достаточно устойчивой в условиях воздействия повышенной тепловой и гидравлической нагрузок, что позволяет снизить в разы интенсивность термической коррозии.

Пример

В качестве вяжущего использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ЗАО «Осколцемент в количестве 520 кг/м³.

Определенную часть доменного гранулированного шлака 130 кг/м³ измельчали до тонкодисперсной фракции с удельной поверхностью не менее 500 м²/кг, затем дозированное количество отсева дробления кварцитопесчаника 1470 кг/м³ добавляли в смесь и тщательно перемешивали, затем в смеситель добавляли воду в количестве 128 кг/м³ с растворенным в ней суперпластификатором в количестве 3,2 кг/м³, перемешивали и готовую бетонную смесь исследовали на удобоукладываемость.

Изделия обладали высокими показателями термической стойкости и заданной прочности.

Предлагаемый состав позволяет улучшить следующие свойства:

повысить термическую стойкость бетона в условиях длительного воздействия повышенной температуры и влажности, что является гарантом запроектированной надежности и долговечности промышленных сооружений;

уменьшить себестоимость цементного термостойкого бетона за счет использования отходов: отсева дробления кварцитопесчаника и доменного гранулированного шлака;

способствует экономии материальных затрат на ремонт бетонных изделий и конструкций, претерпевших преждевременные разрушения при эксплуатации в условиях повышенной температуры и влажности.

Таким образом, установлена возможность использования в бетонах отсева дробления кварцитопесчаника и тонкодисперсного доменного гранулированного шлака, позволяющего повысить термическую стойкость бетона в условиях многофакторного тепло-влажностного воздействия на бетонные конструкции.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве бетонных и железобетонных изделий, эксплуатирующихся на объектах, где они могут подвергаться воздействию горячей воды или пара. Изобретение направлено на повышение термической стойкости мелкозернистых бетонов, испытывающих помимо механической, тепловую (30-95 °С) и гидравлическую нагрузку (влажность 90-100 %). Смесь для производства мелкозернистого бетона повышенной термической стойкости содержит портландцемент, отсев дробления кварцитопесчаника с размером частиц 0-5 мм и дополнительно содержит тонкодисперсный доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 3800 см²/г и модулем основности М_о=1,07, а также поликарбоксилатный суперпластификатор Полипласт ПК тип S и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 22,31; указанный отсев дробления кварцитопесчаника 63,06; указанный тонкодисперсный доменный гранулированный шлак 5,57; указанный суперпластификатор 0,14; вода 8,92. 1 ил., 1 пр.

Смесь для производства мелкозернистого бетона повышенной термической стойкости включающая портландцемент, отсев дробления кварцитопесчаника и воду, отличающаяся тем, что она содержит отсев дробления кварцитопесчаника с размером частиц 0-5 мм и дополнительно содержит тонкодисперсный доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 3800 см²/г и модулем основности М_о=1,07, а также поликарбоксилатный суперпластификатор Полипласт ПК тип S, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент 22,31 указанный отсев дробления кварцитопесчаника 63,06 указанный тонкодисперсный доменный гранулированный шлак 5,57 указанный суперластификатор 0,14 вода 8,92