Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона
Владельцы патента RU 2259976:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно, к составам легкобетонных смесей для изготовления ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций. Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона содержит, мас.%: малоклинкерный шлакопортландцемент 20-25, каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер 24-35, в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен 0,02-0,07, гранулированный доменный шлак 19-33, вода остальное. Техническим результатом является повышение прочности при снижении средней плотности и теплопроводности бетона, то есть улучшение конструктивных качеств при низком расходе порообразователя. 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам легкобетонных смесей для изготовления ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций.
Известны составы смесей для приготовления поризованных мелкозернистых бетонов, включающие цемент, топливный или гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, порообразователь в виде алюминиевой пудры (газообразователь) или пенообразующего поверхностно-активного вещества, химические добавки и воду (1, 2). Недостатки этих составов заключаются в высокой дозировке порообразователей, повышенной средней плотности и теплопроводности бетона.
Наиболее близкой к предлагаемому составу сырьевой смеси по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак фр.≤10 мм, каменноугольную золу, пенообразователь - алкилсульфат, добавки углекислого аммония, сульфатно-дрожжевой бражки (СДБ) и воду (3). Недостатками известного состава также являются повышенная средняя плотность и теплопроводность, а, особенно, пониженная морозостойкость бетона.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности при снижении средней плотности и теплопроводности бетона, то есть в улучшении конструктивных качеств материала, при низком расходе наиболее дорогостоящих компонентов смеси - порообразователя и химической добавки.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в реализации потенциала применяемой в смеси особо легкой золы с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящей из стекловидных полых микросфер, в сочетании с модифицирующей структуру поризованного бетона пластифицирующе-воздухововлекающей химической добавкой.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата сырьевая смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, пенообразующее поверхностно-активное вещество, химическую добавку и воду, содержит каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер, а в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен, при следующем соотношении компонентов, мас.%: малоклинкерный шлакопортландцемент - 20...25, гранулированный доменный шлак - 19...33, каменноугольная зола - 24...35, оксиэтилен - 0,02...0,07, вода остальное.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что легкий бетон (шлакозолобетон), получаемый из предлагаемой сырьевой смеси, представляет собой сложную систему, в которой связующая матрица, обеспечивающая пониженную среднюю плотность при высоких показателях прочности (коэффициент конструктивного качества), состоит из цементно-зольного камня, а каркас, обеспечивающий снижение деформаций усадки и меньший расход цемента, создается гранулированным доменным шлаком. При этом определяющее влияние на снижение плотности бетона оказывают полые микросферы особо легкой золы, которые образуют в матрице замкнутые поры. Это позволяет получать матрицу бетона со структурой, аналогичной ячеистому бетону (пенобетону), без применения традиционных дорогостоящих порообразователей. С другой стороны, стекловидные микросферы, находящиеся в контакте через тонкие прослойки цемента, при нагружении бетона создают «эффект яйца», что способствует повышению прочности материала.
Особенность химического состава каменноугольной кислой золы, используемой в предлагаемой сырьевой смеси, состоит в повышенном содержании щелочных оксидов K2O + Na2O, составляющем 3,5...5,2%, тогда как в большинстве других кислых зол - 0,8...1,7%. Эта особенность золы обуславливает не только пустотелость и шаровидную форму зерен и частиц алюмосиликатного стекла, но и высокую степень их адгезионного сцепления с цементом, что также является фактором повышения прочности бетона при пониженных значениях средней плотности.
Присутствующая в смеси микродобавка оксиэтилена обладает сильным диспергирующим и пластифицирующим эффектами при умеренном воздухововлекающем (микропенообразующем) эффекте. Эти свойства добавки в функциональном назначении соответствуют свойствам минеральных компонентов смеси и их соотношению для решения задачи изобретения. В частности, в большей степени требуется высокая однородность распределения компонентов и пластификация смеси и в меньшей степени - воздуховов-лечение, так как требуемая пористость достигается в основном за счет золы.
Для получения легкого бетона из предлагаемой сырьевой смеси применяют малоклинкерный шлакопортландцемент М300 (содержание клинкера 30%), каменноугольную золу Беловской ГРЭС с насыпной плотностью 350...500 кг/м3 и удельной поверхностью 1600...2300 см2/г, имеющую химический состав, мас.%: SiO2 - 62,5...68,7; Al2О3 - 19,3...21,8; Fe2O3+FeO - 2,8...3,5%; CaO - 1,6...2,2; MgO - 1,3...1,8; K2O+Na2O - 3,5...5,2; SO3 - 0,2...0,4; п.п.п. - 0,9...2,5, гранулированный доменный шлак фр.≤10 мм. В качестве добавки применяют оксиэтилен.
Для получения сравнительных данных в одинаковых условиях приготовление равноподвижных смесей (погружение стандартного конуса 3...5 см) осуществляют известным способом в турбулентном смесителе типа С-868 и пропаривают отформованные образцы размером 10х10х10 см при 90...100°С по режиму 3+10+3 ч. Испытание образцов проводят в стандартном возрасте 28 сут по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения плотности» и ГОСТ 10060.0-95 «Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования».
Конкретные составы и результаты испытания образцов приведены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 - Составы бетонной смеси | |||||||||
| Состав смеси | № состава | Содержание в смеси, мас.% | |||||||
| малоклинкерный ШПЦ | каменноугольная зола | гранулированный доменный шлак | СДБ (СТМ) | алкил-сульфат | углекислый аммоний | окси-этилен | вода | ||
| Предложенный | 1 | 20 | 35 | 19 | - | - | 0,02 | 25,98 | |
| 2 | 23 | 30 | 25 | - | - | - | 0,05 | 21,95 | |
| 3 | 25 | 24 | 33 | - | - | - | 0,07 | 17,93 | |
| Для оптимальности | 4 | 18 | 37 | 18 | - | - | - | 0,01 | 26,99 |
| 5 | 27 | 22 | 34 | - | - | - | 0,09 | 16,91 | |
| Известный | 6 | 12 | 14 | 64 | 0,15 | 0,01 | 0,2 | - | 9,64 |
| 7 | 18 | 16 | 54 | 0,3 | 0,03 | 0,8 | - | 10,6 |
| Таблица 2 - Результаты испытаний | |||||
| Состав смеси | № состава | Свойства бетона | |||
| средняя плотность, кг/м3 | прочность на сжатие, МПа | морозостойкость, циклы | коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С | ||
| Предложенный | 1 | 820 | 12,6 | 230 | 0,16 |
| 2 | 1030 | 15,5 | 285 | 0,21 | |
| 3 | 1210 | 21,3 | 450 | 0,27 | |
| Для оптимальности | 4 | 795 | 10,4 | 200 | - |
| 5 | 1260 | 19,6 | 320 | - | |
| Известный | 6 | 1650 | 13,2 | 125 | 0,53 |
| 7 | 1310 | 10,3 | 170 | 0,35 |
Как видно из таблицы 2, легкий бетон из предлагаемой смеси характеризуется более высокой прочностью и морозостойкостью при меньших значениях средней плотности, а также существенно меньшей теплопроводностью по сравнению с легким бетоном из известной смеси.
Внедрение предлагаемой смеси позволит эффективно использовать легкие и особо легкие разновидности зол ТЭС в производстве ограждающих и несущих конструкций, а также в монолитном домостроении.
Источники информации
1. Волженский А.В. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов, Москва, Стройиздат, 1984, 174 с.
2. SU 562534 А1, 25.06.1977.
3. SU 1294780 А1, 07.03.1987 (прототип).
Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, пенообразующее поверхностно-активное вещество, химическую добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер, а в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Малоклинкерный шлакопортландцемент | 20...25 |
| Гранулированный доменный шлак | 19...33 |
| Каменноугольная зола | 24...35 |
| Оксиэтилен | 0,02...0,07 |
| Вода | Остальное |
