Результат интеллектуальной деятельности: Сырьевая смесь для получения легкого бетона

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении легких бетонов и изделий конструкционного назначения из него.

Известна сырьевая смесь для приготовления легкого поризованного бетона (Патент РФ № 2036885, МПК C04B 38/08, 1995 г.), включающая цемент 220-240 кг/м³, гравий вспученных дацитов 400-450 кг/м³, песок вспученных ортофиров 175-220 кг/м³, алюминиевую пудру 0,52-0,77 кг/м³ и воду 130-150 кг/м³. Изделия, получаемые из данной сырьевой смеси, характеризуются плотностью в сухом состоянии 870-920 кг/м³, прочностью 87-97 кг/см², водопоглощением 9 - 12%.

Недостатком данной сырьевой смеси является сложность производства компонентов, в частности гравия вспученных дацитов и песка вспученных ортофитов.

Известна сырьевая смесь для приготовления легкого бетона (Патент РФ 2103240, МПК C04B 38/08, 1998 г.), состоящая из, мас. %: портландцемента 11,6 - 16,2; мелкого заполнителя из дробленых отходов производства керамзитобетона 48,7 - 65,6; крупного заполнителя из дробленых отходов производства керамзитобетона 31,0 - 33,1; воды – остальное. Конструкционный керамзитобетон средней плотностью 1475 - 1527 кг/м³ имеет класс по прочности B 7,5 - B 12,5.

Недостатком подобных изделий из данной сырьевой смеси является высокая плотность при низком классе по прочности.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ приготовления бетонной смеси (Авторское свидетельство SU 1399296, МПК С04В 40/00, С04В 28/00, 1988 г.), который заключается в предварительном перемешивании заполнителя с цементом и тонкодисперсным карбонатом кальция (5 – 15% от массы цемента), после чего смесь обрабатывается раствором соляной кислоты в количестве 1 – 2% от массы цемента. Результатом этого изобретения является повышение водонепроницаемости (8 -10 атм.) и снижение коррозии арматуры в бетоне (0,0008 – 0,0014 мм/год).

Недостатком этой сырьевой смеси является малая функциональность добавки в виде тонкодисперсного карбоната кальция. Данная добавка не позволяет значительно повысить прочностные характеристики бетона.

Задачей изобретения является получение легкого бетона с использованием высокодисперсной добавки песка, которая позволяет повысить прочностные характеристики бетона и снизить при этом его плотность.

Технический результат соответствует поставленной задаче.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления легкого бетона состоит из портландцемента, песка, высокодисперсной добавки песка, воды и соляной кислоты.

Для реализации задачи использовались компоненты с нижеприведенными характеристиками:

1. Портландцемент марки ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н (ГОСТ 30515-2013);

2. Песок месторождения «Краснофлотский-Запад» (г. Архангельск), имеющий в своём составе оксид кальция (CaO) в количестве 0,26 % по массе;

3. Соляная кислота (ГОСТ 3118-77);

4. Дистиллированная вода (ГОСТ 6709-72).

Для получения высокодисперсной добавки песка производят сухой помол песка до среднемассового размера частиц 2,0±0,2 мкм. При этом удельная поверхность S_уд будет составлять около 12·10³ см²/г. При механическом измельчении песка происходит его карбонизация вследствие образования дефектов (микротрещин) и появления кислородных ионов из-за разрыва связей, которые превращают нейтральную молекулу углекислого газа CO₂ в заряженную карбонатную группу CO₃^2-. Степень карбонизации песка зависит от степени его помола и содержания оксидов кальция (CaO) и магния (MgO) (чем больше степень помола и чем больше в песке содержится оксидов кальция и магния, тем большей степени карбонизации можно достичь).

Для получения бетонной смеси сначала перемешиваются сухие компоненты, затем производится затворение водой с кислотой.

При добавлении 1N раствора соляной кислоты в смесь происходит частичная декарбонизация высокодисперсной добавки. В ходе реакции выделяется углекислый газ, который способствует получению пористой структуры бетона и образованию хлорида кальция (CaCl₂), который является ускорителем твердения цемента. При декарбонизации из 10 г полученной высокодисперсной добавки выделяется 45 мл углекислого газа.

При взаимодействии соляной кислоты с портландцементом образуется кольматант, содержащий хлорид кальция, что приводит к уменьшению дефектов микроструктуры и, как следствие, к повышению технических характеристик бетона.

Смешение производят при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент (Ц) 33%, песок (П) 13%, вода (В) 13%, высокодисперсная добавка песка (Д) 20%, 1N раствор соляной кислоты (К) 21%.

Опытным путем установлено, что полученные образцы в возрасте 28 суток имеют прочность на сжатие 11,36 – 12,72 МПа и плотность 1411 – 1413 кг/м³. Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 25820-2014 «Бетоны легкие. Технические условия» полученный бетон можно отнести к конструкционным легким бетонам (плотность не выше 2000 кг/м³ и прочность на сжатие не менее 12,5 МПа). Физико-механические характеристики могут быть улучшены за счёт оптимизации состава.

Для сравнения результатов были изготовлены контрольные образцы с соотношением компонентов, мас.%: портландцемент 40%, песок 40%, вода 20%, и образцы с высокодисперсной добавкой песка без добавления кислоты составом, мас.%: портландцемент 34%, песок 13%, вода 33%, высокодисперсная добавка песка 20%. Составы подбирались исходя из отношений Ц/(П+Д) = 1, (В+К)/Ц = 1 и Д/К = 1. Раствор для контрольных образцов был получен так, чтобы Ц/П = 1, а отношение В/Ц было подобрано по консистенции, схожей с двумя остальными растворами.

Физико-механические характеристики всех образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-механические характеристики образцов