Сырьевая смесь для получения зольных бетонов и способ ее приготовления (варианты)
Владельцы патента RU 2355657:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности может быть использовано для производства стеновых блоков. Технический результат - повышение прочности бетона, утилизация многотоннажных отходов. Сырьевая смесь для получения зольных бетонов включает, мас.%: портландцемент М400 - 24,10-24,15, песок речной - 73,00-73,07, жидкое стекло из микрокремнезема плотностью 1,38 г/см3 - 1,50-1,52 от массы портландцемента, золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5 - 9,8-10,0 от массы портландцемента, вода до В/Ц 0,5. В способе приготовления указанной сырьевой смеси золу после высушивания при температуре 105°С в течение 3 ч до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 ч, перемешивают жидкое стекло с водой, затем перемешивают все компоненты в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут. По другому варианту в способе золу после указанного высушивания подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 ч совместно с жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул и портландцементом М400, затем перемешивают полученную смесь с песком и водой в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут. 3 н.п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к промышленности производства строительных материалов, в частности может быть использовано для производства стеновых блоков, и позволяют эффективно применять многотоннажные отходы ТЭЦ.
Известны сырьевые смеси для получения зольных бетонов, включающие портландцемент, золы, шлаки и золошлаковые смеси [Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М., Высшая школа, 1990, с.34].
Недостатками таких сырьевых смесей является ограниченное использование бетона, полученного на их основе, вследствие его невысокой прочности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сырьевая смесь, влючающая отвальную золошлаковую смесь, полученную от сжигания бурого канско-ачинского угля на ТЭЦ-7 г.Братска и жидкое стекло из микрокремнезема [Патент RU 2138455, МПК 7 С04В 7/26, 02.04.1998 г.].
Недостатком этой сырьевой смеси является то, что бетон, полученный на ее основе, обладает недостаточной прочностью и потому имеет ограниченное применение.
Задачей изобретения является расширение области применения бетона на основе золы гидроудаления путем повышения его прочности.
Технический результат - повышение прочности бетона на основе предлагаемой сырьевой смеси и, таким образом, расширение области применения такого бетона.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что сырьевая смесь для получения зольных бетонов включает золу ТЭЦ, жидкое стекло из микрокремнезема плотностью 1,38 г/см3 и песок, при этом сырьевая смесь содержит золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5, полученную при сжигании экибастузского угля, песок речной и дополнительно - портландцемент М400 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент М400 | 24,1-24,15 |
| Речной песок | 73,0-73,07 |
| Жидкое стекло из микрокремнезема | 1,5-1,52 от массы цемента |
| Зола гидроудаления ТЭЦ | 9,8-10,0 от массы цемента |
| Вода до В/Ц | 0,5. |
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая сырьевая смесь отличается тем, что содержит золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5, полученную при сжигании экибастузского угля, песок речной и дополнительно - портландцемент М400 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент М400 | 24,1-24,15 |
| Речной песок | 73,0-73,07 |
| Жидкое стекло из микрокремнезема | 1,5-1,52 от массы цемента |
| Зола гидроудаления ТЭЦ | 9,8-10,0 от массы цемента |
| Вода до В/Ц | 0,5. |
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «НОВИЗНА».
Сравнение заявляемой сырьевой смеси с другими техническими решениями показывает, что известна сырьевая смесь для получения бетонов, включающая цемент, золу гидроудаления, алюминиевую пудру, сульфат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 25,6-32,8 |
| Зола гидроудаления ТЭЦ | 32,7-41,0 |
| Алюминиевая пудра | 0,10-0,26 |
| Сульфат натрия | 0,51-0,66 |
| Вода затворения | остальное |
[Патент RU 2168485, МПК7 С04В 38/02, 31.01.2000 г.]
Однако бетон, полученный на основе такой сырьевой смеси, имеет ограниченное применение из-за его недостаточной прочности, тогда как заявляемая сырьевая смесь обеспечивает бетону, полученному на его основе, более высокую прочность и позволяет расширить область его применения. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
Известен также способ приготовления сырьевой смеси для получения зольных бетонов, включающий приготовление сырьевой смеси, состоящей из цемента, золы гидроудаления ТЭЦ, щелочной добавки и ускорителя твердения, добавки газообразователя - алюминиевой пудры, воды затворения, при этом в качестве ускорителя твердения используют сульфат натрия. Золу гидроудаления ТЭЦ предварительно активируют в процессе помола всех сухих компонентов сырьевой смеси в течение 20-40 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 25,6-32,8 |
| Зола гидроудаления ТЭЦ | 32,7-41,0 |
| Алюминиевая пудра | 0,10-0,26 |
| Сульфат натрия | 0,51-0,66 |
| Вода затворения | остальное |
[Патент RU 2168485, МПК7 С04В 38/02, 31.01.2000 г.]
Недостатком такого способа является ограниченное использование бетона, полученного на основе предлагаемой смеси из-за его недостаточной прочности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления сырьевой смеси для получения зольных бетонов, характеризующийся тем, что к золошлаковой смеси добавляют золу уноса, перемешивают в течение 1-2 мин, затем смесь сухих компонентов затворяют жидким стеклом из микрокремнезема с силикатным модулем n=1 и плотностью
ρ=1,39-1,41 г/см3 и перемешивают в бетоносмесителе принудительного действия в течение 1-2 мин. [Патент RU 2253634, МПК 7 С04В 28/28, 26.01.2004 г.]
Недостатком такого способа является ограниченное использование бетона, полученного на основе предлагаемой смеси, вследствие его недостаточной прочности.
Задачей изобретения является расширение области применения бетона на основе золы гидроудаления.
Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается тем, что указанную золу гидроудаления после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов, перемешивают указанное жидкое стекло с водой, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
По другому способу приготовления предложенной сырьевой смеси указанную золу гидроудаления после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов совместно с указанным жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул и портландцементом М400 (цементом), перемешивают указанное жидкое стекло с водой, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
Пример осуществления изобретения
Золу отбирают с золоотвала ТЭЦ-5, высушивают при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы, затем размалывают в шаровой мельнице в течение 1,5 часов до удельной поверхности 2438 см2/г, перемешивают указанное жидкое стекло из микрокремнезема (Na2O·SiO2 в жидком состоянии, с силикатным модулем n=1 и плотностью ρ=1,38 г/см3) с водой затворения до его полного растворения, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут (состав см. ниже).
Кроме того, указанную золу гидроудаления ТЭЦ (9,99% от массы цемента) после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов с указанным жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул (1,52% от массы цемента), портландцементом М400 (24,15%), затем осуществляют перемешивание полученной смеси с речным песком (73,07%) и водой (В/Ц 0,5) в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
Свойства золы гидроудаления представлены в таблицах 1-3.
| Таблица 1 | ||||||||
| Средний химический состав используемой низкокальциевой золы, получаемой при сжигании экибастузского угля | ||||||||
| Окислы, % | ||||||||
| TiO2 | SiO2 | Al2О3 | Fe2О3 | CaO | MgO | Р2O5 | Na2O | K2O |
| 1,38 | 52,96 | 30,29 | 4,16 | 1,75 | 1,50 | 0,45 | 0,50 | 0,37 |
| Таблица 2 | ||||
| Гранулометрический состав отвальной золы | ||||
| Размер отверстий сит, мм | 0,63 | 0,315 | 0,14 | Поддон 1 |
| Частный остаток, % | 0,088 | 2,861 | 56,025 | 41,025 |
| Полный остаток, % | 0,088 | 2,950 | 58,975 | 100 |
| Таблица 3 | ||
| Свойства золы гидроудаления | ||
| Влажность, % | Насыпная плотность, кг/м3 | ППП, % |
| 0,5 | 610 | 5,5 |
Зола отбиралась с золоотвала ТЭЦ, затем высушивалась при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы и проходила помол в шаровой мельнице от 1,5 до 6 часов до удельной поверхности 2438-7644 см2/г. Прочностные и деформативные свойства зольного вяжущего изучались на образцах-балочках размером 4×4×16 см, после их твердения - в ваннах с гидравлическим затвором при комнатной температуре (t=20±2°C).
Предлагаемые составы и результаты испытаний приведены в табл.4.
| Таблица 4 | |||||||||
| Составы и свойства бетонов | |||||||||
| Время помола, час | Удельная поверхность золы гидроудаления | Предел прочности при сжатии с различным содержанием золы, МПа | |||||||
| 10% золы | 15% золы | 20% золы | Образец без содержания золы | ||||||
| 7 сут. | 28 сут. | 7 сут. | 28 сут. | 7 сут. | 28 сут. | 7 сут. | 28 сут. | ||
| - | Эталон | 14,7 | 18,7 | ||||||
| - | Sуд=1728 см2/г (немолотая зола) | 9,5 | 16,3 | 6,5 | 11,2 | 4,6 | 7,9 | - | - |
| 1,5 | Sуд=2438 см2/г | 15,2 | 19,7 | 9,3 | 14,3 | 8,2 | 11,3 | - | - |
| 3,0 | Sуд=4265 см2/г | 13,6 | 17,8 | 7,6 | 9,6 | 12,6 | 14,0 | - | - |
| 4,5 | Sуд=6285 см2/г | 11,3 | 13,8 | 11,2 | 15,6 | 10,4 | 15,2 | - | - |
| 6,0 | Sуд=7644 см2/г | 12,8 | 18,1 | 12,1 | 15,6 | 9,6 | 15,0 | - | - |
Оптимальным является состав с использованием золы гидроудаления в количестве 10% с удельной поверхностью 2438 см2/г, поскольку именно в этом случае достигается максимальная прочность как на сжатие, так и на изгиб.
При использовании данного состава прочность на сжатие в возрасте 7 суток равна 77% от марочной прочности (19,7 МПа), а прочность в возрасте 14 суток составляет 86% от марочной прочности. Эти значения немного ниже значений, полученных на эталонных образцах (без золы). Там прочность на сжатие в возрасте 7 суток составляла 79% от марочной прочности (18,7 МПа), в возрасте 14 суток - 95% от марочной прочности. Это можно объяснить тем, что зольное вяжущее обладает особенностью более длительного набора прочности по сравнению с цементным. Но в ранние сроки твердения прочность золобетонных образцов, как правило, ниже прочности эталонных, без золы. С течением времени прочность образцов с золой достигает прочности эталонных образцов и даже превышает ее и в дальнейшем прирост прочности продолжается. В начальные сроки твердения сказываются, в основном, физические факторы при вводе золы: уменьшается количество цемента, повышается водоцементное отношение (В/Ц), улучшается гранулометрический состав. В более поздние сроки твердения проявляются пуццолановые свойства золы.
Структура зольного вяжущего длительное время (в течение нескольких лет) остается гелевидной, но не кристаллической. А когда бетон начинает твердеть, поверхность частиц золы покрывается пленкой гидрооксида кальция и между поверхностью частиц золы и пленкой образуется водный промежуток, так называемый граничный слой. В граничном слое постепенно и осаждаются продукты реакции. По мере заполнения граничного слоя продуктами гидратации цемента постепенно образуется прочная связь. Этот процесс длительный, как говорилось выше, может занимать несколько лет. Эта связь обеспечивает прочность контакта, а следовательно, и материала. Именно этим объясняется факт длительного прироста прочности зольного бетона.
| Таблица 5 | ||
| Состав и прочностные характеристики эталонного образца | ||
| Цемент, г | 500 | |
| Песок, г | 1500 | |
| Вода, мл | 225 (В/Ц 0,45) | |
| Прочность на сжатие Rсж, МПа | 7 сут. | 14,7 |
| 14 сут. | 17,7 | |
| 28 сут. | 18,7 |
| Таблица 6 | ||||
| Прочность бетонов по предлагаемому изобретению с применением добавки жидкого стекла | ||||
| Добавка | Предел прочности при сжатии, МПа | |||
| 7 сут. | 28 сут. | 36 сут. | 90 сут. | |
| Жидкое стекло, 1,52% от массы цемента | 17,0 | 21,8 | 23,5 | 29,4 |
| - | 15,2 | 19,7 | 21,2 | 26,3 |
Необходимо отметить, что физико-механические свойства бетонной смеси и бетона на его основе при применении данной добавки в виде жидкости либо в виде гранул практически одинаковы.
1. Сырьевая смесь для получения зольных бетонов, включающая золу ТЭЦ, жидкое стекло из микрокремнезема плотностью 1,38 г/см3 и песок, отличающаяся тем, что содержит золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5, полученную от сжигания Экибастузского угля, песок речной и дополнительно - портландцемент М400 и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент М400 | 24,10-24,15 |
| Песок речной | 73,00-73,07 |
| Указанное жидкое стекло | |
| от массы указанного портландцемента | 1,50-1,52 |
| Указанная зола | |
| от массы указанного портландцемента | 9,8-10,0 |
| Вода | до В/Ц 0,5 |
2. Способ приготовления сырьевой смеси по п.1, характеризующийся тем, что указанную золу после высушивания при температуре 105°С в течение 3 ч до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 ч, перемешивают указанное жидкое стекло с водой, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 мин.
3. Способ приготовления сырьевой смеси по п.1, характеризующийся тем, что указанную золу после высушивания при температуре 105°С в течение 3 ч до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 ч совместно с указанным жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул и портландцементом М400, затем осуществляют перемешивание полученной смеси с указанным песком и водой в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 мин.
