Результат интеллектуальной деятельности: БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству легкого бетона для малоэтажного строительства.

Известна сырьевая смесь для изготовления легкого бетона (Патент №2379265, МПК C04B 38/08, опубл. 20.01.2010), содержащая, мас.%: цемент 21,0-23,0; керамзит 26,0-28,0; вода 14,0-18,0; шунгитовая пыль 31,0-39,0.

Недостатком данной смеси является малая прочность.

Известна бетонная смесь (Патент №2449971, МПК C04B 38/08, опубл. 10.05.2012), содержащая, мас.%: портландцемент 23,0-25,0; керамзит фракции 10-20 мм 4,5-5,5; керамзитовый песок 20,0-23,0; омыленная канифоль 0,001-0,0012; шамот молотый 13,0-18,0; вода - остальное.

Недостатком данной смеси является недостаточная прочность, повышенная плотность, сниженные теплотехнические свойства.

Наиболее близким к изобретению является бетонная смесь для производства стеновых блоков для малоэтажного строительства (Патент №2440943, МПК C04B 28/04, C04B 111/20, опубл. 27.01.2012), состоящая, мас.%: портландцемент 21,0-24,0; керамзитовый гравий 27,0-31,0; керамзитовый песок 5,0-7,0; вспученный перлитовый песок 5,0-7,0; омыленная канифоль 0,001-0,0012; суперпластификатор С-3 0,9-1,3; молотое стекло 18,0-20,0; вода - остальное.

Недостатком данной бетонной смеси является пониженная прочность, повышенная плотность и сниженные теплотехнические свойства.

Технический результат заключается в получении бетона с повышенной прочностью и сниженной плотностью.

Технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, керамзит, суперпластификатор ЛСТМ, воду, согласно изобретению дополнительно содержит золу-унос ТЭЦ, газообразующую добавку ПАК-3 и железосодержащий шлам, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент 18,87-21,34;

керамзит 41,13-41,56;

суперпластификатор ЛСТМ 0,0312;

зола-унос ТЭЦ 13,92-18,87;

газообразующая добавка ПАК-3 0,022-0,025;

железосодержащий шлам - 0,10-0,50;

вода остальное.

Зола-унос ТЭЦ представляет собой тонкодисперсный порошок с тонкостью помола 2500-3000 см²/г, насыпной плотностью 780 кг/м³, истинной плотностью 2300 кг/м³, влажностью 17%, потерями при прокаливании 4,8%.

Зерновой состав золы-унос ТЭЦ мокрого удаления представлен в таблице 1.

Модуль крупности золы-унос ТЭЦ-М_кр=0,48.

Химический состав золы-унос ТЭЦ представлен в таблице 2.

Зола-унос ТЭЦ в бетонной смеси выполняет роль мелкого заполнителя и заполняет пустотность керамзита. Сферолиты золы-унос ТЭЦ создают дополнительную закрытую пористость мелкого заполнителя, снижая в целом открытую пористость структуры искусственного строительного конгломерата. Пониженная открытая пористость приводит к понижению водопоглощения материала и к повышению прочности искусственного конгломерата.

Суперпластификатор ЛСТМ представляет собой продукт переработки древесины на целлюлозу сульфитным способом и водорастворимой карбидной смолы. Густая вязкая темно-коричневая жидкость хорошо растворяется в воде. Введение суперпластификатора снижает водопотребность смеси примерно на 15% и способствует повышению прочности бетона.

Добавка ПАК-3 - пудра алюминиевая контактная - представляет собой серебристый тонкодисперсный порошок. Он растворим в кислотах и растворах щелочей. Вводится в бетонную смесь в виде взвеси в воде требуемой для затворения бетонной смеси.

Введение в состав бетонной смеси газообразующей добавки ПАК-3 приводит к взаимодействию алюминиевой пудры с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации трехкальциевого силиката. В результате протекания реакции выделяется водород, который поризует матрицу и снижает плотность бетонной смеси. При этом образуются поры оптимальной структуры, которые равномерно распределяются по матрице бетонной смеси в виде полидисперсных по размеру, замкнутых, деформированных в правильные многогранники с глянцевой поверхностью припорового слоя. Поры разделены между собой тонкими, но плотными, прочными и одинаковыми по сечению межпоровыми перегородками (Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие / Л.И. Касторных. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2007).

Железосодержащий шлам - отход химического производства - представляет собой тонкодисперсный порошок черного цвета с удельной поверхностью 3000-3500 см²/г, истинной плотностью 2530-2600 кг/см³, средней плотностью 2300-2500 кг/м³. Железосодержащий шлам содержит триоксида железа 73,0-75,0%, оксида железа 17,0-17,2%, оксида алюминия 9,8-10,0%, нерастворимого остатка 4,7%, прокаленного остатка 80,2%, pН водной вытяжки 5,0-6,0.

Введение железосодержащего шлама способствует интенсивному процессу гидратации портландцемента, особенно в начальные сроки твердения. Железосодержащий шлам, благодаря его высокой удельной поверхности, распределяется по твердой фазе бетона и способствует хемосорбционному взаимодействию с цементным тестом. При этом образуются новые химические соединения, которые очень прочно удерживаются и на поверхности цементного камня, и на поверхности золы-унос ТЭЦ. Кроме того, образование новых комплексных гидратных соединений способствует упрочнению межпоровых перегородок в структуре бетона, что также способствует повышению его прочности.

Приготовление испытуемых составов осуществляли в бетоносмесителе принудительного действия. Керамзит дозировали по массе и высыпали в смеситель, куда заливали 30% воды, требуемой для затворения бетонной смеси, и перемешивали в течение 120 секунд.

Затем в смеситель дозировали портландцемент, золу-унос ТЭЦ. В воду затворения вводили суперпластификатор ЛСТМ, газообразующую добавку ПАК-3 и железосодержащий шлам. Далее остальную воду, требуемую для затворения бетонной смеси, с добавками выливали в смеситель, и смесь перемешивали в течение 210 секунд. Из готовой смеси формировали образцы, которые твердели 28 суток.

Составы бетонной смеси приведены в таблице 3.

Таким образом, введение в состав бетонной смеси золы-унос ТЭЦ приводит к оптимизации порового пространства бетона, снижению открытой межзерновой пустотности в структуре бетона, при этом отсутствие крупных капиллярных пор приводит к повышению прочности бетона.

Введение добавки ПАК-3 поризует цементную матрицу, в которой появляются мелкие округлые замкнутые поры, практически не влияющие на прочность бетона, но значительно снижающие его плотность и повышающие теплоизоляционные свойства бетона.

Использование в составе бетонной смеси железосодержащего шлама приводит к повышению прочности цементной матрицы из-за хемосорбционного взаимодействия железосодержащего шлама с поверхностью керамзита, портландцемента и золы-унос ТЭЦ. Образующиеся новые комплексные гидратные соединения способствуют более раннему образованию продуктов гидратации в кристаллической форме, что ведет к повышению прочности системы, особенно в ранние сроки твердения.

Катион железа, присутствующий в железосодержащем шламе, относится к многовалентным переходным металлам, и он способствует протеканию окислительно-восстановительных процессов в твердеющей цементной матрице бетонной смеси, интенсифицирует процесс гидратации портландцемента, при этом образуется большое количество новых гидратных соединений, что способствует значительному повышению прочности бетона.