Сырьевая смесь для производства сульфатостойкого золобетона Российский патент 2025 года по МПК C04B28/04 C04B103/32 C04B24/16 C04B18/00 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона, и может быть использовано при изготовлении бетонов и растворов.

Сульфатостойкий золобетон используется в строительстве подземных коммуникаций, фундаментов и опор мостов, где есть опасность постоянного воздействия грунтовых вод, богатых минеральными солями и сульфатными соединениями.

Известна бетонная смесь, которая содержит, мас. %: портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б 15,2-18,5, суперпластификатор Master Glenium 0,698-1,1, нанокремнезем в аморфном состоянии с размером частиц 5-100 нм 0,002-2,0, песчаную фракцию отсева бетонного лома крупностью 0,16-0,325 мм 65,0-69,3, алюмосиликатную добавку с общим содержанием оксидов кремния и алюминия 70 мас. %, для изготовления которой золошлаковую смесь подвергают дезинтеграции с получением фракции размером до 10 мм, которую очищают от недожога и железосодержащих компонентов, 5,0-5,4, воду - остальное (RU 2786125, кл.С04В 28/04, С04В 111/20,опубл. 19.12.2022).

Однако такая бетонная смесь из-за присутствия суперпластификатора и бетонного лома имеет пониженные показатели по морозостойкости и сульфатостойкости.

Наиболее близкой по технической сущности является сырьевая смесь для производства легкого золобетона, включающая в мас. %: портландцемент М500 Д0 22,50-23,75, песок речной 76,25-77,50, золу сжигания осадка сточных вод 5,0-10,0 (от массы указанного цемента), воду затворения до В/Ц 0,5 (RU 2738072, кл. С04В 28/04, С04В 38/06, С04В 111/20,опубл.07.12.2020).

Однако, у данной сырьевой смеси химический состав золы от сжигания осадка сточных вод содержит фосфаты кальция и железа, оксиды железа, недожог, что приводит к высокой неоднородности смеси по составу и серьезным эксплуатационным проблемам: снижению прочности, коррозионной стойкости.

Проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона с улучшенными эксплуатационными свойствами и коррозионной стойкостью с использованием алюмосиликатной добавки, а именно обогащенного алюмосиликатного компонента, выделенного из золы гидроудаления тепловых теплоэлектростанций.

Техническим результатом является повышение прочности и сульфатной коррозионной стойкости золобетона.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для производства сульфатостойкого золобетона, содержащая портландцемент, алюмосиликатную добавку и воду, отличающаяся тем, что в качестве алюмосиликатной добавки используют обогащенную золошлаковую смесь гидроудаления тепловых теплоэлектростанций с размером частиц от 100 нм до 100 мкм и дополнительно сырьевая смесь содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцемент 46-56 алюмосиликатная добавка 19-31 суперпластификатор С-3 0,5-1 вода остальное

Сырьевая смесь включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:

- портландцемент ЦЕМ I 42.5Н по ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия» (введ. 04.08.2020). Нормированный портландцемент не содержит активных минеральных добавок. Его применение в указанной дозировке 46-56 мас. %;

- вода затворения по ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия» (введ. 01.03.2002). Требуемое количество воды затворения уточняется в ходе исследования нормальной густоты цементного теста согласно ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка» (введ. 01.01.1978) с использованием прибора Вика;

- алюмосиликатная добавка. Алюмосиликатная добавка представляет собой светло-серый порошкообразный материал нормированного гранулометрического состава, содержащий не более 2 мас. % углерода. Удельная поверхность добавки 1597,2 м²/кг, средний диаметр частиц - 1,8 мкм. Размер частиц в составе алюмосиликатной добавки варьируется от 100 нм до 100 мкм. Насыпная плотность составляет 900 кг/м³. Сфероидные частицы алюмосиликатной добавки представлены в основном реакционноспособной стеклофазой. Алюмосиликатную добавку получают выделенной пенной флотацией и магнитной сепарацией из золошлаковой топливной (угольной) смеси гидроудаления тепловых теплоэлектростанций, при этом ее основными компонентами являются SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, СаО и K₂O, в сумме составляющие 90-98%;

- суперпластификатор С-3 по показателям качества должен удовлетворять требованиям ТУ 5870-005-58042865-05. Основой суперпластификатора С-3 являются сульфированные нафталинформальдегидные поликонденсаты.

При введении алюмосиликатной добавки в количестве 19-31% проявляются ее пуццоланические свойства, происходит повышение прочности и коррозионной стойкости затвердевшей сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона за счет формирования наиболее плотной упаковки частиц.

При введении алюмосиликатной добавки в количестве большем 31% происходит снижение прочности затвердевшей сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона ввиду разуплотнения смеси и проявления физико-химических особенностей алюмосиликатной добавки, что и приводит в целом к снижению свойств сульфатостойкого золобетона.

При введении алюмосиликатной добавки в количестве менее 19% в затвердевшей сырьевой смеси для сульфатостойкогозолобетона образуется не полностью закристаллизованная фаза гидросиликатов кальция, из-за чего происходит снижение прочности сульфатостойкого золобетона и уменьшается его коррозионная стойкость.

При введении суперпластификатора С-3 в сырьевую смесь для сульфатостойкого золобетона в количестве 0,5-1%, приготовленная сырьевая смесь сульфатостойкого золобетона становится более подвижной при меньшем расходе воды, что обеспечивает в дальнейшем прочность затвердевшего сульфатостойкого золобетоназа счет сокращения количества пор.

При введении суперпластификатора С-3 в сырьевую смесь для сульфатостойкого золобетона в количестве менее 0,5%, в сульфатостойком золобетоне образуется большое количество пор и пустот, что отрицательно влияет на его прочность.

При введении суперпластификатора С-3 в сырьевую смесь для сульфатостойкогозолобетонав количестве большее 1%, в сульфатостойком золобетоне замедляются процессы структурообразования, наблюдается снижение прочности за счет образования меньшего числа контактов.

Для определения коррозионной стойкости сульфатостойкого золобетона, полученного из заявляемой сырьевой смеси, применяют ГОСТ 56687-2015 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Метод определения сульфатостойкости бетона». Коррозионную стойкость определяют следующим образом:

1. Испытания образцов выполняют в 5%-ном растворе сульфата натрия и дистиллированной воде при температуре (20 ± 3)°С.

2. После снятия начальных отсчетов по индикатору шесть основных образцов погружают в раствор сульфата натрия, шесть контрольных образцов - в дистиллированную воду. Образцы помещают в ванны в горизонтальном положении на подкладки таким образом, чтобы расстояние между образцами, образцами и стенками, образцами и днищем ванны и от образцов до поверхности раствора сульфата натрия (воды) было не менее 20 мм. Соотношение объема раствора (воды) в кубических сантиметрах к квадратному сантиметру поверхности образцов должно быть не менее 5:1.

3. Измерение деформаций следует выполнять через 28 сут и далее каждый месяц до 12 мес. При этом образцы извлекают из раствора (воды), обтирают влажной тканью, осматривают, фиксируя дефекты (трещины, изгиб образцов), протирают лунки реперов и немедленно выполняют измерения, после чего образцы вновь погружают в раствор сульфата натрия и воду. Испытания прекращают при появлении трещин или по достижении приращения деформаций образцов в растворе сульфата натрия, равного 0,1%, по сравнению с образцами, испытываемыми в дистиллированной воде.

Прочностные показатели сульфатостойкого золобетона, полученного из заявляемой сырьевой смеси, определяют по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность на сжатие определяют следующим образом:

1. При испытании на сжатие образцы-кубы устанавливают одной из выбранных граней на нижнюю опорную плиту испытательной машины (пресса) центрально относительно его продольной оси.

2. После установки образца на опорные плиты испытательной машины совмещают верхнюю плиту испытательной машины с верхней опорной гранью образца так, чтобы их плоскости полностью прилегали одна к другой. Образец нагружают до разрушения при постоянной скорости нарастания нагрузки (0.6 ± 0.2) МПа/с.

Осуществление изобретения представлено в примерах 1-3, таблице 1.

Пример №1

Для получения сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона применяют портландцемент в количестве 46%, алюмосиликатную добавку в количестве 31% в виде обогащенной золошлаковой смеси гидроудаления тепловых теплоэлектростанций, суперпластификатор С-3 в количестве 0,5%, воду в количестве 22,5%. Исходные сухие компоненты перемешивают в вихревом смесителев течение 3-5 минут. Затем добавляют необходимое количество воды, перемешивают в течение 5-7 минут. Сырьевая смесь для сульфатостойкогозолобетонаготова к использованию.

Предел прочности при сжатии образцов из такой сырьевой смеси в возрасте 28 сут, коррозионная стойкость и параметры сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона приведены в таблице 1.

Пример №2

Для получения сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона применяют портландцемент в количестве 51%, алюмосиликатную добавку в количестве 25% в виде обогащенной золошлаковой смеси гидроудаления тепловых теплоэлектростанций, суперпластификатор С-3 в количестве 0,7%, воду в количестве 23,3%. Исходные сухие компоненты перемешивают в вихревом смесителе в течение 3-5 минут. Затем добавляют необходимое количество воды, перемешивают в течение 5-7 минут. Сырьевая смесь для сульфатостойкого золобетона готова к использованию.

Предел прочности при сжатии образцов из такой сырьевой смеси в возрасте 28 сут, коррозионная стойкость и параметры сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона приведены в таблице 1.

Пример №3

Для получения сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона применяют портландцемент в количестве 56%, алюмосиликатную добавку в количестве 19% в виде обогащенной золошлаковой смеси гидроудаления тепловых теплоэлектростанций, суперпластификатор С-3 в количестве 1%, воду в количестве 24,0%. Исходные сухие компоненты перемешивают в вихревом смесителе в течение 3-5 минут. Затем добавляют необходимое количество воды, перемешивают в течение 5-7 минут. Сырьевая смесь для сульфатостойкого золобетона готова к использованию.

Предел прочности при сжатии образцов из такой сырьевой смеси в возрасте 28 сут, коррозионная стойкость и параметры сырьевой смеси для сульфатостойкого золобетона приведены в таблице 1.

Таким образом, как видно из таблицы 1, предел прочности при сжатии сульфатостойкого золобетона, полученного из сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона, достигает 15,15 МПа в возрасте 28 суток.

В результате проведения исследований коррозионной стойкости сульфатостойкого золобетона, полученного из сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона, установлено, что относительная деформация не превысила 0,1% за 12 месяцев наблюдений в соответствии с требованиями аттестованной методики ГОСТ 56687-2015.

Введение алюмосиликатной добавки повышает среднюю плотность затвердевшей смеси сульфатостойкого золобетона, полученного из сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона, достигающую до 2110 кг/м³, что является положительным аспектом с точки зрения коррозионной стойкости сульфатостойкого золобетона к физической и химической коррозии, а также надежности, долговечности материала. Это связано с тем, что высокая плотность уменьшает проницаемость сульфатостойкого золобетона, что снижает его подверженность воздействию агрессивных сред и воды.

Сырьевая смесь для производства сульфатостойкого золобетона была разработана и ее опытно-лабораторные испытания проводились в лаборатории кафедры «Производство строительных изделий и конструкций» Тверского государственного технического университета.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к сырьевой смеси для производства сульфатостойкого золобетона, и может быть использовано при изготовлении бетонов и растворов. Сырьевая смесь для производства сульфатостойкого золобетона содержит портландцемент, алюмосиликатную добавку и воду, причем в качестве алюмосиликатной добавки используют обогащенную золошлаковую смесь гидроудаления тепловых теплоэлектростанций с размером частиц от 100 нм до 100 мкм, и дополнительно сырьевая смесь содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент - 46-56; алюмосиликатная добавка - 19-31; суперпластификатор С-3 - 0,5-1; вода - остальное. Техническим результатом является повышение прочности и сульфатной коррозионной стойкости золобетона. 1 табл., 3 пр.

Сырьевая смесь для производства сульфатостойкого золобетона, содержащая портландцемент, алюмосиликатную добавку и воду, отличающаяся тем, что в качестве алюмосиликатной добавки используют обогащенную золошлаковую смесь гидроудаления тепловых теплоэлектростанций с размером частиц от 100 нм до 100 мкм и дополнительно сырьевая смесь содержит суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

портландцемент 46-56 алюмосиликатная добавка 19-31 суперпластификатор С-3 0,5-1 вода остальное