Результат интеллектуальной деятельности: БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам бетонной смеси, и может быть использовано для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также тротуарной плитки.

Известна сырьевая смесь для изготовления шлакобетона, содержащая, мас.%: шлакопортландцемент 5-9; шлаковый заполнитель фракции менее 10 мм 56-69; молотый гранулированный доменный шлак 14-22; сульфат кальция 0,8-2,2; сульфитно-дрожжевая бражка 0,04-0,12; известь 0,4-0,8; вода - остальное (см. авт. свид. SU №1271846 от 23.11.86).

Наиболее близкой смесью того же назначения к заявляемой смеси по совокупности признаков является бетонная смесь, включающая, мас. %: шлакопортландцемент марки M500 15-18, шлаковый заполнитель - дробленый доменный шлак крупностью 0-15 мм 50-60, комплексная добавка «Реламикс. Тип 2» 0,1-0,3, остальное - горный песок состава, мас. %: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃+TiO₂ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; P₂O₅ 0,5-0,6; SO₃ 1,7-3,2; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15,0, содержащий 20-30% минералов гранатов (см. патент RU №2377214 от 27.12.2009). Данный состав принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой смеси, - шлакопортландцемент, дробленый доменный шлак крупностью 0-5 мм и добавка.

Недостатком известных составов является повышенная миграция тяжелых металлов при использовании в среде с повышенной кислотностью.

Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении миграционной активности тяжелых металлов при использовании в среде с повышенной кислотностью, при сохранении прочности, морозостойкости бетонных изделий.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава и соотношения компонентов бетонной смеси. Это позволяет использовать свойства каждого компонента для сохранения качества бетонной смеси (в частности, показателей прочности и морозостойкости, предъявляемых к бетонным изделиям) и улучшения экологического воздействия на окружающую среду, (в частности, снижение миграции тяжелых металлов).

Поставленная задача была решена за счет того, что известная бетонная смесь, включающая шлакопортландцемент, дробленый доменный шлак крупностью 0-5 мм и добавку, в качестве добавки содержит отход содового производства, содержащий 60-70 об. % кальция, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Отличительными признаками заявляемой смеси от бетонной смеси по прототипу являются: использование в качестве добавки отхода содового производства, содержащего 60-70 об. % кальция; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас. %: шлакопортлантцемент 20-25; дробленый доменный шлак крупностью 0-5 мм 60-72; указанный отход - остальное.

Использование отхода содового производства, содержащего кальций (Ca) в объеме 60-70%, приводит к снижению миграционной активности тяжелых металлов. При взаимодействии с кислой средой из бетонных изделий выделяется кальций, который забирает на себя ионы тяжелых металлов и выпадает в осадок, тем самым блокирует дальнейшее распространение ионов тяжелых металлов в среде.

Использование в бетонной смеси дробленого доменного шлака крупностью 0-5 приводит к тому, что у дробленых материалов резко увеличивается число поверхностей и количество острых углов и граней и возрастает поверхностная энергия по сравнению, например, с речным песком и гравием. В результате дробленые заполнители бетона резко увеличивают его плотность, твердость, а также снижают количество и размер пустот в бетоне.

Шлакопортландцементы (шлаковые цементы) изготавливаются из доменного гранулированного шлака.

Минералогический состав шлакопортландцемента и доменного шлака одинаков и представлен алюминатами, силикатами, сульфоалюминатами, ферратами кальция, гранатами, что способствует уплотнению и упрочнению структуры бетона при гидратации и твердении.

Пример приготовления бетонной смеси

Для получения бетонной смеси применяли дробленый шлак крупностью 0-5 мм ОАО ″Чусовской металлургический завод″, шлакопортландцемент (шлаковый цемент) Горнозаводского цементного завода, отходы содового производства, содержащие свыше 60% кальция, ОАО «БСЗ» города Березники.

Предлагаемые компоненты перемешивались в течение 2 минут до получения однородной смеси компонентов. Полученные смеси компонентов затворялись водой при температуре 25-30°C до получения бетонной смеси нормальной густоты. Из полученной смеси изготавливались образцы кубической формы размером 5×5×5 по технологии вибролитья. Твердение образцов осуществлялось в нормальных условиях при комнатной температуре 23-25°C в течение 28 суток (таблица 1).

Бетонные образцы были помещены в аммонийно-ацетатный буфер (pH 4,8), имитирующий кислую среду. Отношение объема бетонных образцов к объему жидкой среды составляет 1:2. Замеры миграции тяжелых металлов в аммонийно-ацетатный буфер проводились в течение 30 суток на 1, 3, 7, 10, 20, 30 сутки. Для примера были взяты данные по миграции ионов ванадия из представленных образцов (таблица 2).

Соединения ванадия в зависимости от его валентности являются одними из наиболее опасных, которые относятся к 3 классу опасности.

Как видно из данных таблицы, заявляемый состав снижает миграционную активность тяжелых металлов.

Бетонные изделия, изготовленные из предлагаемой смеси, имеют предел прочности при сжатии до 200 МПа, морозостойкость не менее F300, что соответствует требованиям.