Бетонная смесь
Владельцы патента RU 2433974:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении теплоизоляционных бетонов, применяемых для изготовления ограждающих конструкций с высокими теплоизоляционными свойствами. Технический результат - повышение прочностных свойств материала при сохранении его теплоизоляционных характеристик и простоты состава бетонной смеси. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 7-8, опилки 25-28, глина 35-40, ацетоноформальдегидная смола 1,0-1,5, электрохимически активированный раствор хлорида натрия остальное. 4 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении теплоизоляционных бетонов, применяемых для изготовления ограждающих конструкций с высокими теплоизоляционными свойствами.
Известна арболитовая смесь, включающая цемент, древесную дробленку, известь, гипс, хлорид кальция, отходы хлопчатобумажного производства в виде сора и пыли при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 37-42; древесная дробленка 28-33; известь 11-13; гипс 1-3; хлорид кальция 4-6; отходы хлопчатобумажного производства в виде сора и пыли 10-12, причем водоцементное отношение составляет 0,7-0,9 (патент РФ №2307100, кл. С04В 28/00, С04В 18/26, С04В 18/30. Опубл. 27.09.2007 г.).
Недостатками известной арболитовой смеси являются высокий расход цемента и высокая чувствительность к экстрактивным веществам древесины, негативно влияющим на прочностные свойства цементного камня.
Известна также сырьевая смесь для изготовления неавтоклавного ячеистого бетона, включающая цемент, наполнитель, порообразователь, воду и добавки. В качестве наполнителя используют глины. Причем соотношение между цементом и наполнителем принимают в пределах, вес.%:
| Цемент | 70-20 |
| Наполнитель | 30-80 |
(авторское свидетельство СССР №337361, кл. С04В 15/02. Опубл.05.05.1972 г. Бюл. №15).
Недостатками известной композиции являются низкая прочность и высокая чувствительность к минералогическому составу применяемого наполнителя. Например, при применении в качестве наполнителя грунтов с высоким содержанием глинистых минералов, особенно монтмориллонитовой группы, необходимо увеличивать расход цемента в связи с ионообменной активностью глины, ухудшающей условия твердения цемента. Для снижения негативного воздействия глин в смесь вводят известь. Однако вводимая для защелачивания среды известь приводит к удорожанию композиции и усложнению технологического процесса приготовления изделий. Кроме того, при высоком содержании в глине монтмориллонитовых минералов значительно увеличивается расход извести (Гуменский Б.М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. - М., 1965. - 255 с.).
Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сущности является бетонная смесь, включающая портландцемент, легкий заполнитель, содержащий торф и древесные отходы, и воду. Легкий заполнитель в качестве древесных отходов содержит опилки, а бетонная смесь дополнительно содержит глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 9-10 |
| Торф | 12-16 |
| Опилки | 4-8 |
| Глина | 17-19 |
| Вода | остальное |
(патент РФ №2136624, кл. С04В 28/02. Опубл. 10.09.1999 г.).
Однако данная смесь отличается низкой прочностью.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение прочностных свойств материала при сохранении простоты состава бетонной смеси.
Технический результат заключается в получении более плотной структуры минерального каркаса бетона.
Поставленная задача решается тем, что в бетонную смесь, включающую портландцемент, опилки и глину, дополнительно введены ацетоноформальдегидная смола (АЦФ) и электрохимически активированный раствор хлорида натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
| Портландцемент | 7-8 |
| Опилки | 28-25 |
| Глина | 35-40 |
| Ацетоноформальдегидная смола | 1,0-1,5 |
| Электрохимически активированный | |
| раствор хлорида натрия | остальное |
Ацетоноформальдегидная (АЦФ) смола способствует увеличению смачиваемости зерен минерального вяжущего и глинистых минералов, что, в свою очередь, повышает степень гидратации цементного вяжущего и приводит к росту конечной прочности изделия. Кроме того, смола АЦФ адсорбируется на зернах глины и в процессе высыхания материала полимеризуется, придавая дополнительную прочность межзерновым контактам силикатного каркаса бетона. В результате образуется более плотная структура минерального каркаса бетона.
Электрохимически активированный раствор хлорида натрия поддерживает высокую щелочность цементно-глиняного теста и нормализует гидротационные процессы цемента. Наличие щелочных металлов в растворе способствует ионному обмену и экстракции из минералов глин ионов щелочноземельных и других металлов, образующих малорастворимые соли и выполняющих роль центров кристаллизации. В результате гидратация цемента проходит в более сжатые сроки, что содействует ускоренному схватыванию смеси и повышению конечной прочности изделия.
Совместное присутствие в бетонной смеси АЦФ смолы и электрохимически активированного раствора хлорида натрия эффективно нейтрализует ионообменную активность глин независимо от их минералогического состава. А выделяемые древесными отходами экстрактивные вещества поглощаются монтмориллонитовыми минералами глин, что приводит к снижению как адсорбционной активности указанных минералов, так и к снижению ингибирующего действия экстрактивных веществ на портландцемент.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты | Содержание компонентов в заявленном составе, мас.%. | Содержание компонентов в прототипе, мас.%. | |||
| Состав 1 |
Состав 2 |
Состав 3 |
Состав 4 |
||
| Портландцемент | 6 | 7 | 8 | 9 | 9-10 |
| Торф | - | - | - | - | 12-16 |
| Опилки | 30 | 28 | 25 | 20 | 4-8 |
| Глина | 25 | 35 | 40 | 50 | 17-19 |
| Вода | - | - | - | - | остальное |
| Ацетоно-формальдегидная смола (АЦФ) | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 1,0 | |
| Электрохимически активированный раствор хлорида натрия | 37,5 | 28,5 | 26,0 | 20,0 |
| Таблица 2 | |||||
| Свойства | Предлагаемые составы | Прототип | |||
| Состав 1 |
Состав 2 |
Состав 3 |
Состав 4 |
||
| Средняя плотность, кг/м3 | 550 | 610 | 650 | 700 | 585-603 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 0,45 | 0,68 | 0,64 | 0,60 | 0,47-0,55 |
Приготовление бетонной смеси осуществляют следующим образом. Портландцемент, АЦФ смолу и 1/3 от расчетного количества электрохимически активированного раствора хлорида натрия смешивают в смесителе до образования однородного цементного теста.
В качестве ацетонформальдегидной смолы (АЦФ) используют, например, продукт поликонденсации ацетона и формальдегида (молярное соотношение 1:2 или 1:3) в щелочной среде - АЦФ-3 (ТУ 6-05-221-122-78) с концентрацией активного вещества не менее 90%, а в качестве портландцемента - портландцемент М 400 производства АО «Вольскцемент» ГОСТ 10178-85.
В качестве электрохимически активированного раствора хлорида натрия используют, например, электрохимически активированный раствор хлорида натрия (пищевая соль ГОСТ 13830-84) с минерализацией 5 г/л - католит (рН 11,5-12,5), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)=-700…-820 мВ, х.с.э., приготовленный в электролизере проточного типа «Стел-4Н» (Бахир В.М. Электрохимическая активация / В.М.Бахир. - М.: ВНИИИМТ. - 1992. -2 ч. - 657 с.; Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды / В.М.Бахир. - М.:ВНИИИМТ. - 1999. - 84 с.). При более высоких концентрациях хлорида натрия на электродах в катодной камере электролизера накапливаются отложения гидроксидов щелочноземельных металлов, которые препятствуют процессу активации, при этом электроды перегреваются и преждевременно выходят из строя. Параметры получения электрохимически активированного раствора хлорида натрия приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| Параметры получения ЭХА раствора хлорида натрия (католита) | ||
| Параметры обработки | Водородный показатель, рН | ОВП раствора, мВ (х.с.э.) |
| Сила тока 0,1 А | 11,5-12,5 |
|
| Разность потенциалов 1,5 В |
Оставшуюся часть электрохимически активированного раствора хлорида натрия смешивают с глиной в смесителе принудительного типа до получения однородной смеси, после чего полученную однородную смесь смешивают с опилками.
В качестве глины используют, например, сырье глинистое ГОСТ 21216.0-81 - ГОСТ 21216.4-81 Елшанского месторождения Саратовской области, свойства которого приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||||||||
| Свойства глинистого сырья Химический состав глинистого сырья |
||||||||||
| № | Месторождение сырья | Содержание окислов, % | SiO2 (своб.), % | |||||||
| п.п.п | SiO2 | Al2O3 | Fе2О3 | FeO | CaO | MgO | SO3 | |||
| 1 | Елшанское | 7,71 | 67,03 | 13,06 | 5,52 | - | 6,59 | 1,31 | 0,91 | 29,16 |
| Минералогический состав глинистого сырья | ||||||||||
| № | Месторождение сырья | Содержание минералов в % | ||||||||
| Гидрослюда | Хлорит | Монтмориллонит | Каолин | Кварц | Другие минералы | |||||
| 1 | Елшанское | 10 | 15 | 25 | 10 | 29 | Кальцит 7 Полевой шпат 2 |
|||
| Гранулометрический состав глинистого сырья и керамические свойства | ||||||||||
| № | Месторождение сырья | Содержание фракций в % | Число пластичности | Классификация глин | ||||||
| >0,25 | 0,25 | 0,05 | 0,01 | 0,005 | <0,001 | |||||
| 0,05 | 0,01 | 0,005 | 0,001 | |||||||
| 1 | Елшанское | 1,9 | 29,8 | 28,8 | 12,5 | 13,5 | 13,5 | 15,6 | тяжелый суглинок |
В качестве опилок используют, например, отходы от вторичной обработки древесины (форма кубическая или волокнистая) размером 1-2 мм хвойных и лиственных пород.
Всю массу перемешивают в течение 3-5 мин. Затем полученную смесь смешивают с полученным ранее цементным тестом, перемешивают 5-10 мин и укладывают в предварительно смазанную форму и уплотняют с помощью пригруза на виброплощадке в течение 2 мин. После чего уложенные в форму образцы термообрабатывают в пропарочной камере в течение 5-6 часов при 70°С и Wотн.=100% или выдерживают в нормальных условиях (Wотн.=100%, t=25°C) в течение 24 ч. После термообработки в пропарочной камере образцы распалубливают. В случае твердения в нормальных условиях распалубку производят через сутки. Термообработанные и распалубленные образцы помещают в сушильную камеру с температурой 100°С на 8-10 часов. Не подвергшиеся термообработке распалубленные образцы отверждают в условиях 100%-ной относительной влажности в течение 28 суток.
Полученные образцы конструкционного материала плотностью 600 кг/м3 отличаются повышенной (на 26%) прочностью по сравнению с прототипом.
Бетонная смесь, включающая портландцемент, опилки и глину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ацетоноформальдегидную смолу и электрохимически активированный раствор хлорида натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 7-8 |
| Опилки | 25-28 |
| Глина | 35-40 |
| Ацетоноформальдегидная смола | 1,0-1,5 |
| Электрохимически активированный | |
| раствор хлорида натрия | остальное |
