Бетонная смесь

Изобретение относится к специальным жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых агрегатов, работающих в условиях длительного действия высоких температур и их резких перепадов. Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель - гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей - отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня - щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 16-22, указанный гидрат глинозема 10-20, указанный песок 28-36, указанный щебень 15- 29, С-3 0,5-1,5, вода остальное. Технический результат: увеличение плотности за счет заполнения пустот в пористом заполнителе гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также повышение остаточной прочности после обжига при температуре 800°С и термостойкости. 2 табл.

 

Изобретение относится к жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых объектов, работающих в условиях длительного воздействия высоких температур и резких перепадов этих температур.

В настоящее время используются жаростойкие бетоны на разных видах заполнителей и добавок, которые в условиях резких перепадов температур растрескиваются и быстро выходят из строя, что требует полной замены бетонной изоляции. Известна торкрет-масса [1], включающая в мас.%: портландцемент - 27...35, шлакопемзовый заполнитель фр.≤5 мм - 45...64, асбест хризотиловый - 3...10, отход травления алюминиевой фольги - 3...10.

Недостатками этой массы являются: повышенная усадка при твердении за счет использования мелкозернистых заполнителей и повышенные энергозатраты на мелкий помол, а также пониженная остаточная прочность после обжига при 800°С: 41...46% и пониженная термостойкость при 800°С: 8...10 водных теплосмен.

Известна также наиболее близкая по технической сущности бетонная смесь [2], включающая, мас.%: портландцемент - 14...22, шлаковый песок - 14...25, щебень из литого шлака - 32...45, андезитовый порошок - 7...14, отход производства синтетических каучуков на основе гидрата глинозема - 1...10, суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли - продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида - 0,1...0,25, воду - 7,9...10,75. Недостатками этой смеси также являются пониженная остаточная прочность и термостойкость за счет использования разнородных по химико-минералогической природе наполнителей (андезит и отход производства синтетических каучуков) и заполнителей (песок шлакопемзовый, содержащий не менее 50% стеклофазы и литой шлаковый щебень, содержащий не более 10% стеклофазы, т.е. практически полностью закристаллизованный). Кроме того, литой шлаковый щебень содержит включения соединений магния, вызывающих растрескивание этого заполнителя и жаростойкого бетона на его основе уже при температурах 400...600°С.

Сущность изобретения заключается в том, что в состав бетонной смеси в качестве мелкого и крупного заполнителей вводятся песок и щебень из шлаковой пемзы, одинаковые по химико-минералогическому составу и содержанию стеклофазы. В качестве наполнителя вводится гидрат глинозема из отходов травления фольги или синтетических каучуков, повышающего термические свойства бетона, и одновременно в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3 при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент	16...22
гидрат глинозема	10...20
песок шлакопемзовый фр. до 5 мм	28...36
щебень шлакопемзовый фр. 5...20 мм	15...29
суперпластификатор С-3	0,5...1,5
вода	остальное

Заполнители из шлаковой пемзы имеют химико-минералогический состав, близкий к портландцементу, и за счет резкого охлаждения шлакового расплава при гидроэкранном способе производства шлаковой пемзы не успевают закристаллизоваться и более чем на 50% остаются в более активной, аморфной стеклофазе. В них не успевают кристаллизоваться силикаты магния, способствующие снижению термостойкости заполнителей при резких перепадах температур в службе жаростойких бетонов в тепловых агрегатах. Повышенное содержание аморфного гидрата глинозема увеличивает огнеупорность жаростойких бетонов на портландцементе, так как, находясь в активном аморфном состоянии, он связывает гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкерных минералов портландцемента в нерастворимые гидроалюминаты кальция (CaO·Al₂O₃·nH₂O), кристаллы которого в виде новообразований закупоривают поры в цементном камне, повышая его плотность, прочность и термостойкость. Гидрат глинозема легко смешивается с цементным тестом при затворении бетонной смеси водой и, будучи тонкодисперсным, равномерно распределяется на зернах заполнителей и связующих. Поэтому этот наполнитель не требует дополнительных энергозатрат на помол и обезвоживание и повышает указанные свойства жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопемзовых заполнителях. Гидрат глинозема может вводиться как в виде отходов производства синтетических каучуков, так и в виде отходов травления алюминиевой фольги. Отходы производства синтетических каучуков по химическому составу включают до 80% Al₂О₃, до 10% СаО и п.п.п. - остальное. Отход травления алюминиевой фольги получается при производстве электролитических конденсаторов заводов радиодеталей и по химическому составу включает, в мас.%: Al₂О₃ - 87,3; Na₂O - 6,75; СаО - 1,05; SiO₂ - 0,4; п.п.п. - 4,5.

Предлагаемые составы жаростойких бетонов на основе указанных компонентов сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Составы жаростойких бетонов с наполнителем из гидрата глинозема.
Наименование материалов	Расход материалов в составах
	Предлагаемых	Известных
1	2	3	4	5	прототип	аналог
Портландцемент	16	19	22	15	23	30	17
Песок шлакопемзовый фр. 0...5 мм	36	28	30	27	37	52	18
Щебень шлакопемзовый фр. 5...20 мм	25	28	15	31	14	-	-
Отход производства синтетических каучуков (отход травления алюминиевой фольги)	10	15	20	8	22	6	6
Суперпластификатор С-3	0,5	1,0	1,5	0,4	1,6	-	0,18
Щебень из литого шлака	-	-	-	-	-	-	36
Вода	8,5	9,0	11,5	8,6	12,4	12	8,82
Андезитовый порошок	-	-	-	-	-	-	8
Асбест хризотиловый	-	-	-	-	-	-	6

Составы 1...3 изготовляли по заявке, включая крайние значения интервалов варьирования компонентов бетонной смеси. Составы 4 и 5 исследованы при расходах, превышающих заявленные интервалы, а для сравнения в одинаковых условиях были изготовлены и испытаны усредненные составы известных бетонных смесей по аналогу и прототипу.

Для изготовления образцов бетонов предварительно определяли фактическую среднюю плотность свежеуплотненной бетонной смеси. Затем рассчитывали от нее процентное содержание каждого компонента по таблице 1 и находили расход его в килограммах на 1 м³ бетонной смеси, а затем на объем замеса, обеспечивающего изготовление требуемого количества образцов. Образцы изготовляли по ГОСТ 10180-90 для определения прочности бетона на сжатие в проектном возрасте твердения и остаточной прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 20910-90. Для определения термостойкости из бетонной смеси того же состава образцы изготавливались в виде кубов 7,07×7,07×7,07 мм, в соответствии с требованиями вышеуказанного нормативного документа на жаростойкие бетоны. Твердение образцов осуществлялось также в соответствии с требованиями указанного ГОСТа (приложение 2).

После расчета каждого состава производили весовую дозировку компонентов и готовили бетонную смесь в следующей последовательности: вначале смешивали до однородности портландцемент с наполнителем, затем затворяли эту смесь водой с предварительно растворенным в ней пластификатором С-3 и, перемешав их до однородности, последовательно вводили песок и щебень, тщательно перемешивая смесь после введения каждого компонента.

Уплотнение образцов осуществлялось вибрированием на стандартной виброплощадке в течение 2...3 мин до достижения слитного состояния и появления цементного молока на поверхности образцов. Для малоцементных составов применяли пригруз. Для определения каждого свойства готовили по 3...6 образцов каждого состава (по 6 шт. для определения прочностных характеристик и по 3 шт. - на термостойкость). Твердение образцов осуществлялось пропариванием по режиму 3+6+3 часа при максимальной температуре 100...110°С с последующей сушкой в сушильном шкафу. После этого их испытывали для определения физико-механических свойств.

Результаты этих испытаний сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Свойства жаростойких бетонов с наполнителем из гидрата глинозема.
Наименование свойств	Величины свойств в составах	Известных (усредненных)
1	2	3	4	5	прототип	аналог
Средняя плотность, кг/м3:
- после сушки	1900	2010	2060	1840	1960	1810	1780
- после обжига при 800°С	1860	1940	1960	1780	1840	1680	1700
Прочность при сжатии, МПа:
- после сушки	29,5	34,8	37,4	27,1	30,4	27,5	23,6
- после обжига при 800°С	14,75	19,8	24,7	12,5	14,6	10,0	9,9
Остаточная прочность, %, после обжига при 800°С	50	57	66	46	48	36	42
Термостойкость при 800°С, число водных теплосмен	12	15	21	9	10	5	7

Из этой таблицы видно, что предлагаемые составы имеют значительно выше плотность как после сушки, так и после обжига при температуре 800°С, что объясняется заполнением пустот в бетоне гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также имеющейся в составе шлаковых заполнителей.

Значительно выше у предлагаемых составов по сравнению с известными при одинаковых условиях изготовления и твердения прочность при сжатии как после сушки, так и после обжига. При этом и остаточная прочность после обжига при 800°С значительно выше у предлагаемых составов за счет повышенного содержания гидрата глинозема, а термостойкость в 2...3 раза превышает таковую у известных составов.

У составов 4 и 5, содержащих запредельные количества основных компонентов, эти показатели снижаются, что свидетельствует об оптимальности заявленных пределов содержания компонентов бетонной смеси.

Использованная литература:

1. Авт. свид. № 966068, опубл. 15.10.1982.

2. Авт. свид. № 1502517, опубл. 23.08.1989.

Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель - гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, отличающаяся тем, что она содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей - отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня она содержит щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент	16-22
Указанный гидрат глинозема	10-20
Указанный песок	28-36
Указанный щебень	15 -29
С-3	0,5-1,5
Вода	Остальное