Бетонная смесь
Настоящее изобретение относится к составу бетонной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов и при производстве бетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций. Бетонная смесь включает, мас.%: портландцемент 6-12, золу-унос 4-6, отвальный металлургический шлак 35-40, горелые породы терриконов 35-40 и воду - остальное. Технический результат - повышение прочности бетона при пониженном расходе цемента, снижение затрат на производство за счет использования компонентов из промышленных отходов, в том числе и за счет снижения транспортных расходов, а также улучшение экологии угледобывающих регионов за счет утилизации промышленных отходов. 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве бетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций.
Известна бетонная смесь, включающая следующие компоненты из расчета на 1 м3 смеси, кг: цемент - 250, песок - 850, щебень - 1200, вода - 160 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. Уч. пособие. - М.: Высш. Шк., 1972).
Наличие природного песка и щебня в составе бетонной смеси снижает прочность, морозостойкость бетона за счет присутствия глинистых частиц, которые также повышают водопотребность бетонной смеси, что ведет к усилению усадочных явлений.
Известны также составы бетонных смесей, в которых исключено отрицательное влияние глинистых примесей на свойства бетонных смесей и бетонов - это бетоны, содержащие вторичное сырье промышленных производств, в частности шлаки и золы-уноса взамен традиционных заполнителей (Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М.: Высш. Шк., 1990. - с.34).
Недостатком таких смесей является использование значительного количества дорогостоящего портландцемента.
В качестве прототипа рассмотрим бетонную смесь (Авторское свидетельство СССР №673625 от 07.02.77), обеспечивающую уменьшение расхода цемента и включающую, 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 и низкая морозостойкость, что объясняется наличием большого количества известняка-ракушечника.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение прочности бетона при пониженном расходе цемента, расширение сырьевой базы и улучшение экологии угледобывающих регионов за счет утилизации промышленных отходов.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого состава бетонной смеси, включающей, мас.%: портландцемент 6-12, зола-унос 4-6, отвальный металлургический шлак 35-40, горелые породы терриконов 35-40, остальное - вода.
Для предлагаемой бетонной смеси в качестве заполнителей используются имеющиеся отвальный металлургический шлак, основными компонентами которого являются оксиды кальция (35-38 мас.%), магния (15-20 мас.%) и горелые породы шахтных терриконов, содержащие также оксиды кальция (1,85 мас.%), магния (2,66 мас.%), натрия (2,1 мас.%), и калия (2,65 мас.%). В качестве мелкого заполнителя используется золы-уноса ТЭС, в состав которых входят оксиды кремния (50 мас.%), кальция (3,6 мас.%), калия (5,1 мас.%), натрия (2,4 мас.%), и железа (4,3 мас.%).
Предлагаемые заполнители являются не только экономически выгодным и доступным сырьем, но и активными компонентами, т.е. при затворении смеси принимают участие в реакциях, способствующих образованию цементного камня, сокращая время набора максимальной прочности бетона. Наличие в предлагаемых заполнителях значительного количества оксидов кальция и магния позволяет снизить количество вводимого в бетонную смесь цемента.
Для приготовления бетонной смеси использовалась зола-унос следующего гранулометрического состава: 0-0,15 мм - 73,9%, 0,15-0,315 мм - 2,4%, 0,315-0,63 мм - 3%, 63-1,25 - 1,8%, 1,25-2,5 мм - 8,6%, 2,5-5 мм - 10%. Объемный вес золы-уноса - 1,3-1,49 г/см3.
Оксидный состав золы-уноса: SiO2 - 50%, CaO - 3,6%, К2О - 5,1%, Al2О3 - 22,5%, Fe2O3 - 14,3%, Na2O - 2,4%, MgO - 0,7%, SO3 - 1,5%.
Гранулометрический состав горелых пород шахтных терриконов:
| Размер отверстия сита, мм | Остаток на сите, % |
| 50 | 23,0 |
| 40 | 36,2 |
| 30 | 27,8 |
| 20 | 13,0 |
| менее 20 | нет |
Оксидный состав горелых пород шахтных терриконов: CuO - 1,85%, MgO - 2,66%, S - 1,20%, SO3 - 0,12%, Na2O - 2,10%, К2О - 2,15%.
Гранулометрический состав отвальных металлургических шлаков:
| Размер отверстия сита, мм | Остаток на сите, % |
| 50 | 15 |
| 40 | 20 |
| 30 | 40 |
| 20 и менее | 25 |
Оксидный состав металлургических шлаков: S - 0,155%, Fe2O - 10,50%, Fe2О3 - 2,21%, Al2О3 - 2,49%, Cr2О3 - 1,43, Р2O5 - 1,03%, SiO2 - 17,20%, CaO - 35,05%, MgO - 15,12%, MnO - 14,71%.
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в компонентах предлагаемой бетонной смеси не представляет опасности и поэтому в соответствии с действующими нормативами радиационной безопасности она может быть использована во всех видах строительства.
Смесь изготавливалась традиционным образом в бетономешалке без предварительной обработки. В таблице 1 приведены четыре состава, выполненные в соответствии с предлагаемым изобретением и контрольные составы с традиционными заполнителями - щебнем и песком.
Как видно из таблиц 1, 2, образцы составов по предлагаемому изобретению, по сравнению с образцами, изготовленными с традиционными заполнителями, обладают значительными преимуществами и обеспечивают:
1. Снижение затрат на производство бетонных изделий за счет использования компонентов из промышленных отходов, в том числе за счет снижения транспортных расходов (сырье местное), и применения упрощенной технологии приготовления бетонной смеси.
2. Уменьшение расхода цемента по сравнению с традиционно используемыми бетонными смесями (таблица 1). Так, например, расход цемента для изготовления бетона марки 100 по предлагаемому изобретению может быть снижен на 35% и более.
3. Повышение прочности на сжатие (таблица 2). Так, например, для бетона марки 100 прочность бетона, изготовленного из предлагаемой смеси, составляет свыше 140 кг/см2.
| Таблица 1 | |||||||||
| Марка бетона | Расход материалов, мас.% | ||||||||
| традиционная бетонная смесь | предлагаемая бетонная смесь | ||||||||
| портландцемент | песок | щебень | вода | портландцемент | зола-унос | горелые породы | отвальные шлаки | вода | |
| 100 | 10,2 | 26,4 | 56,6 | 6,8 | 6,0 | 6,0 | 40,0 | 40,0 | 8,0 |
| 150 | 11,3 | 25,4 | 56,0 | 7,3 | 8,0 | 5,8 | 38,8 | 38,8 | 8,7 |
| 200 | 12,6 | 25,0 | 55,2 | 7,2 | 10,0 | 4,8 | 37,5 | 37,5 | 9,2 |
| 250 | 14.5 | 23,5 | 54,7 | 7,4 | 12,0 | 4,0 | 35,5 | 35,5 | 13,0 |
По каждому из этих составов было изготовлено по три образца в виде куба с ребром 150 мм для проведения испытаний. Образцы предварительно подвергались виброуплотнению в течение 33-45 сек с частой 3000 кол/мин и хранились в нормальных условиях в течение 28 суток.
Результаты испытаний указанных бетонных образцов содержатся в таблице 2, где приведены усредненные значения показателей физико-механических свойств по каждому составу.
| Таблица 2 | |||
| № | Физико-механические свойства | Бетон из традиционной смеси | Бетон из предлагаемой смеси |
| 1 | Теплопроводность, Вт/м °С | 1,45-1,51 | 0,35-0,40 |
| 2 | Объемный вес, кг/м3 | 2500-2400 | 2000-2200 |
| 3 | Морозостойкость, цикл | 50 | 300 |
| 4 | Прочность на сжатие, кг/см2 (Бетон М200) | 200 | более 250 |
| 5 | Увеличение прочности во времени | 5-10% | 70% и более |
| 8 | Наличие трещин | возникают | не проявляются |
Бетонная смесь, включающая портландцемент, золу-унос, заполнитель, воду, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя она содержит отвальный металлургический шлак и горелые породы терриконов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 6-12 |
| Зола-унос | 4-6 |
| Отвальный металлургический шлак | 35-40 |
| Горелые породы терриконов | 35-40 |
| Вода | Остальное |
