Бетонная смесь

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, используемых при изготовлении железобетонных изделей и монолитных конструкций. Бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень, песок и воду, дополнительно содержит минеральный порошок из отходов обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, имеющих по крайней мере не менее 70 % по своей массе фракцию менее 71·10^-6 м и удельную поверхность не менее 250 м²/кг, а в качестве песка использованы отходы обогащения сухой магнитной сепарации железистых кварцитов фракции (0,14 - 5)· 10^-3 м, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 9,0 - 10,1, щебень 52,9-58,5, указанный песок 25,7 - 28,5, указанный минеральный порошок 1,1 - 2,2, вода остальное. Технический результат - уменьшение расхода цемента при сохранении высокой морозостойкости и увеличении прочности бетона. 2 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве железобетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций.

Известна бетонная смесь для изготовления бетона на основе вяжущего, мелкого и крупного тяжелого заполнителя, кварцевого песка и воды [1]. Недостатком ее является низкая морозостойкость бетона.

Таким недостатком не обладает бетонная смесь по источнику [2]. Она включает. мас%: портландцемент 16-24, гранитный щебень фракции 5-10 мм 3-15, гранитный щебень фракции 10-20 мм 21,4-27,4, керамзитовый песок фракции не более 2,5 мм 5-16, кварцевый песок фракции не более 2,5 мм 8-30, керамзитовый гравий фракции 5-10 мм 5-9, керамзитовый гравий фракции 10-20 мм 1-3 и воду остальное. Бетон из нее обладает приемлемой прочностью при сжатии (19,5-21,5 МПа) при морозостойкости 150-200 циклов. Недостатком такой смеси является значительный расход цемента.

Известна также бетонная смесь [3], обеспечивающая уменьшение расхода цемента и включающая, мас.%: портландцемент 10-18, известняковый заполнитель (отходы известняка-ракушечника 80-83), золу-унос или зольно-топливный отход 2-7 и воду остальное. Ее недостаток — пониженная прочность бетона при сжатии (15,4-17.2 МПа).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по содержанию компонентов и техническому результату является смесь (прототип) по источнику [2].

Задача изобретения - создание такой бетонной смеси, которая при уменьшении номенклатуры компонентов и без использования дефицитных материалов позволила уменьшить расход цемента при сохранении высокой морозостойкости и увеличении прочности бетона.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата патентуемая бетонная смесь включает портландцемент, щебень, песок и воду. Отличительной особенностью данной бетонной смеси является то, что она дополнительно содержит минеральный порошок в виде отходов обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, имеющих по крайней мере не менее 70% по своей массе фракцию менее 71·10^-6 м и удельную поверхность не менее 250 м²/кг, а в качестве песка использованы отходы обогащения сухой магнитной сепарации железистых кварцитов фракции (0,14-5)·10^-3 м, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 9,0-10,1

Щебень 52,9-58,5

Указанный песок 25,7-28,5

Указанный минеральный порошок 1,1-2,2

Вода Остальное

Для предлагаемой бетонной смеси в качестве минерального порошка можно использовать имеющиеся на горно-обогатительных комбинатах (ГОКах) отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), которые представляют высокодисперсный порошок, имеющий не менее 70 % по своей массе фракцию менее 71·10^-6 м (-0,071 мм) с удельной поверхностью 250-450 м²/кг . Химический состав такого минерального порошка следующий, мас.%: SiO₂ 69,60-70,60; Al₂O₃ 1,88-2,14; FеО 0,67-0,75; Fе_общ 9,02-9,75; Fe_маг 5,01-5,45; СaO 3,29-3,46; МgО 3,56-3,62; Р 0,097-0,10; S 0,14-0,11. Его минералогический состав, маc. % : магнетит 3, железосодержащие силикаты 12, кварц 70, карбонаты 8, гематит 6, апатит 0,5 и пирит 0,2.

При приготовлении предлагаемой бетонной смеси указанный минеральный порошок с отвальной влажностью 8 мас.% сушат в барабанной сушилке (с температурой газов на входе 600-750°С и 10-20°С на выходе) до влажности 1 мас.% .Высушенный минеральный порошок классифицируют, например, с помощью грохота на фракции +0,14 мм и –0,14 мм. Подрешетный продукт содержит 70,58 мас.% фракции менее 0,071 мм и используется как минеральный порошок. В качестве песка используются отходы обогащения сухой магнитной сепарации железистых кварцитов ГОКов КМА фракции (0,14-5)·10^-3 м.

Из щебня фракции 5-40 мм, указанного песка и портландцемента марки 400 по методике в соответствии с ГОСТ 27006-86 был подобран состав бетона марки 300 (класс В 22,5). Затем в такой состав вводился указанный минеральный порошок (МП) в количестве, обеспечивающем замену цемента (Ц) на 10-50 мас.% при соотношении Вода : (МП + Ц)= 0,54. Для этого было разработано шесть составов (они даны в табл. 1), включая один контрольный состав №1 без минерального порошка (МП = 0). По каждому из этих составов было изготовлено по три образца в виде куба с ребром 100 мм для проведения испытаний на прочность при сжатии . Кроме того, для испытаний на морозостойкость было еще изготовлено из составов №2 и №3, в которых содержание воды 6 мас.%, по три образца соответственно в виде куба с ребром 70 мм.

Результаты испытаний указанных бетонных образцов из предлагаемой бетонной смеси содержатся в табл. 2, где приведены усредненные значения показателей физико-механических свойств по каждому составу. Как видно из табл. 2, образцы составов № 2 и №3, т.е. с минеральным порошком, заменяющим цемент на 10 и 20 мас.% соответственно, по сравнению с составом №1, его не содержащего, по прочности при сжатии имеют незначительное уменьшение, которое в возрасте бетона 28 суток составляет (31,5-30,6): 31,5 = 0,0286 ≈ 3% и (31,5-27,65) : 31,5 = 0,122 ≈ 12%, поэтому марка 300 бетона сохраняется. При этом прочность указанных образцов (30,60 МПа, 27,65 МПа и 200 циклов соответственно) выше, чем у прототипа (19,5-21,5 МПа и 150-190 циклов соответственно ). Кроме того, по сравнению с прототипом уменьшается расход цемента, например, по сравнению с образцом прототипа [2], содержащим 16 мас.% цемента и имеющим максимальную морозостойкость (190 циклов) при прочности при сжатии 19,5 MПa, предлагаемый образец №2 имеет морозостойкость 200 циклов и прочность при сжатии 27,65 МПа и к тому же при расходе цемента 9 мас.%, т.е. экономия собственно цемента составляет (16-9):16=0,4375 ≈44 %. Это достигается за счет высокой дисперсности минерального порошка и его вещественного состава, а также вещественного состава используемого песка, что активизирует физико-химические процессы с проявлением вяжущих свойств. К тому же, использование компонентов из отходов обогащения железистых кварцитов удешевляет производство бетонных изделий, в том числе и за счет снижения затрат: возможно применение простой технологии приготовления и низкие транспортные расходы (сырье местное).

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в компонентах предлагаемой бетонной смеси составляет 18 Бк/кг при нормативном до 370 Бк/кг, поэтому в соответствии с действующими нормативами радиационной безопасности она может быть использована во всех видах строительства.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 336767, кл. С 04 В 15/02, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР № 587121, кл. С 04 В 15/00, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № 673625, кл. С 04 В 15/00, 1979.

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая портландцемент, щебень, песок и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит минеральный порошок из отходов обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, имеющих по крайней мере не менее 70% по своей массе фракцию менее 71·10^-6 м и удельную поверхность не менее 250 м²/кг, а в качестве песка использованы отходы обогащения сухой магнитной сепарации железистых кварцитов фракции (0,14-5)·10^-3 м, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 9,0 - 10,1

Щебень 52,9-58,5

Указанный песок 25,7 - 28,5

Указанный минеральный порошок 1,1 - 2,2

Вода Остальное