Легкий фибробетон на основе отходов промышленности

Авторы патента:

C04B38/10 - полученные с использованием пенообразователей (C04B 38/02 имеет преимущество)

C04B38/02 - полученные добавлением химических газообразующих средств

Владельцы патента RU 2781487:

Общество с ограниченной ответственностью "Завод бетонных изделий" (RU)

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к легкому фибробетону на основе отходов промышленности, и может быть использовано для изготовления сборных и монолитных железобетонных изделий. Легкий фибробетон на основе отходов промышленности, приготовленный из смеси, содержащей об.%: портландцемент 37, речной песок с модулем крупности 1,4-1,6 24,75, регенерат – шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7 7,75, модифицированную в растворе воды и жидкого стекла или в растворе воды, жидкого стекла и гашеной извести фибру на основе текстильных отходов 1,2, комплексный порообразователь, включающий пыль газоочистки металлургического завода, содержащую оксид алюминия, жидкое мыло и воду, 29,3. Технический результат – повышение механической прочности легкого фибробетона, утилизация отходов промышленности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к легким фибробетонам на основе отходов промышленности, и может быть использовано для изготовления сборных и монолитных железобетонных изделий.

Известен легкий бетон с использованием необожженных доломитовых отходов и щебня пеностекла по патенту №2616307 С1, МПК С04В 38/08, опубл. 14.04.2017, полученный при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 25,5-26,5, песок 56-58, щебень пеностекла 5,6-8,6, отходы доломита 10-14 (от мас. цемента), вода - остальное. Класс бетона по прочности на сжатие В 2,5.

Недостатком данного бетона является небольшая прочность при сжатии, а также использование стандартных технологий изготовления, что приводит к низкой производительности и получению бетона только для использования в ограждающих конструкциях.

Наиболее близким к заявленному изобретению является легкий фибробетон по патенту № 2502709 С2, МПК С04В 38/08, опубл. 27.12.2013, приготовленный из смеси, включающей, об.%: портландцемент 10,0-22,0, гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 40,0-70,0, микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде 0,5-3,0, суперпластификатор 4 поколения 0,1-0,3 % от массы вяжущего, фиброволокно 0,5-4,0г на 1 литр готовой смеси, вода - остальное. Данный фибробетон выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком фибробетона прототипа является недостаточная механическая прочность для изготовления несущих изделий, и малое количество отходов, использованных в его составе.

Техническим результатом изобретения является создание легкого фибробетона на основе отходов промышленности с повышенной механической прочностью, с сниженной стоимостью, а также с повышенной производительностью технологии изготовления легких бетонных изделий с фибрами, и с возможностью утилизации отходов промышленности за счет использования в составе отходов промышленности.

Поставленный технический результат достигнут путем создания легкого фибробетона на основе отходов промышленности, приготовленный из смеси, содержащей портландцемент в качестве вяжущего вещества, песок, фибру и воду, отличающийся тем, что смесь содержит речной песок с модулем крупности 1,4-1,6 и шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7 - регенерат, в качестве фибры содержит модифицированную в растворе воды и жидкого стекла или в растворе воды, жидкого стекла и гашеной извести фибру на основе текстильных отходов, и дополнительно она содержит комплексный порообразователь, включающий пыль газоочистки металлургического завода, содержащую оксид алюминия, жидкое мыло и воду, при следующем соотношении компонентов, об.%:

портландцемент	37
речной песок с модулем крупности 1,4-1,6	24,75
регенерат – шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7	7,75
модифицированная фибра на основе текстильных отходов	1,2
указанный комплексный порообразователь	29,3

В предпочтительном варианте осуществления легкий фибробетон содержит до 30% отходов промышленности.

В предпочтительном варианте осуществления укладку бетона производят методом мокрого торкретирования.

В отличие от описанных выше аналога и прототипа, повышение производительности и механической прочности в заявленном изобретении достигается за счет использования современных технологических операций, а также за счет добавления в состав фибробетона отходов промышленности с соответствующей обработкой. Доля отходов, применяемая в заявленном легком фибробетоне, повышает эффективность утилизации отходов на территории Саратовской области, а также сокращает себестоимость изготовляемых железобетонных изделий на основе заявленного легкого фибробетона.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Табл. 1. Химический состав отходов металлургического завода Балаково Центролит, а именно регенерата (шлакового песка) с модулем крупности 0,6-0,7 по ГОСТ 8735-88, выполненного согласно изобретению.

Химический состав, %
Fe₂O₃	Al₂O₃	ZrO₂	CaO₂	Na₂O	K₂O	MnO	SiO₂
0,3	0,13	0,10	0,07	0,18	0,004	0,01	99,2

Табл. 2. Химический состав пыли газоочистки завода Балаково Центролит, выполненной согласно изобретению.

Материал	Химический состав, %
Fe₂O₃	Al₂O₃	ZrO₂	CaO₂	Na₂O	K₂O	MnO	SiO₂
Пыль	Газообразователь	0,4	2,9	-	0,04	9,3	0,4	0,03	82,5

Технический результат заявленного изобретения, повышение механической прочности легкого фибробетона и снижение его стоимости, достигается следующим образом:

- за счет использования в качестве наполнителя отходов, а именно регенерата, металлургического завода Балаково Центролит;

- за счет использования в качестве фибры текстильных отходов;

- за счет использования в качестве порообразователя комплексного состава на основе пыли газоочистки металлургического завода Балаково-Центролит.

Используют в качестве наполнителя отходы металлургического завода Балаково Центролит, а именно регенерат (шлаковый песок) с модулем крупности 0,6-0,7 по ГОСТ 8735-88, химический состав и характеристики которого приведены в Табл. 1;

Используют в качестве фибры текстильные отходы. Текстильные отходы производства и потребления, относящиеся к IV и V классам опасности, и состоящие из химических, хлопковых и смешанных волокон, из-за отсутствия оборудования на предприятиях не могут быть переработаны, и просто выбрасываются на свалки.

К текстильным отходам относятся отходы тканевых фабрик в виде обрезков материалов, отходы чулочно-носочных капроновых изделий и путанки из синтетических волокон от производства полипропиленовых изделий.

В качестве фибры для компонентов легких бетонов используют отходы тканей, отходы чулочно-носочных капроновых изделий и отходы от изготовления полипропиленовых изделий.

Использование любых текстильных отходов подразумевает их предварительную подготовку и разрыхление, объем подготовительных работ зависит от их состава, вида, места образования в технологическом процессе и степени загрязнения отходов посторонними включениями.

Для обеспечения необходимого сцепления фибры из вышеуказанных отходов с матрицей бетона проводят предварительную модификацию их в растворе воды и жидкого стекла и/или в растворе воды, жидкого стекла, гашеной извести. Длина волокон составляла 4, 6, 12 мм.

Используют в качестве порообразователя комплексный состав на основе пыли газоочистки металлургического завода Балаково-Центролит. Комплексный порообразователь совмещает пыль (содержащую оксид алюминия в качестве газообразователя Табл. 2), жидкое мыло (пенообразователь) и воду.

Заявленное изобретение позволяет повысить производительность технологии изготовления легких бетонных изделий с фибрами.

В качестве технологии укладки легкого фибробетона применяют технологию мокрого торкретирования.

Смесь легкого фибробетона для приготовления исследуемых образцов бетона изготавливают с применением следующих компонентов, выпускаемых промышленностью:

- Вяжущее вещество - портландцемент М400 Вольского завода ООО «Хольсим» ЦЕМ II/А-К(Ш-П) 32.5Б по ГОСТ 31108-2016 «Межгосударственный стандарт. Цементы общестроительные. Технические условия», минералогический состав: c₃S-73%; c₂S-9,8%; c₃A-5,7%; c₄AF-11%; СаOсв-0,5 %.

- Песок речной – по ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний (с Изменениями N 1, 2, с Поправкой)».

- Регенерат (шлаковый песок) – по ГОСТ 8735-88.

Комплексный порообразователь совмещает в себе пыль (содержащую оксид алюминия в качестве газообразователя), жидкое мыло (пенообразователь) и воду.

Экспериментальную проверку фибробетона заявленного состава проводили на базе Балаковского инженерно-технологического института (филиал) НИЯУ МИФИ в лаборатории «Эксплуатационная надежность строительных материалов и конструкций в январе 2021 года. Для этого изготавливали образцы в виде кубов и призм с различными пропорциями компонентов.

Образцы изготавливали следующим образом.

Предварительно в сухом состоянии смешивали такие компоненты как портландцемент, песок, регенерат. Далее в отдельной емкости в соответствующем модифицирующем составе выдерживали фибру в течении пятнадцати минут. В отдельной емкости готовили комплексный порообразователь на основе пыли газоочистки, жидкого мыла и воды. Для смешивания компонентов применяли бетоносмеситель принудительного действия. Перемешивание сухой смеси осуществляли в течение двух минут. В сухую смесь добавляли воду (производили перемешивание в течении трех минут), затем модифицированную фибру (производили перемешивание в течении трех минут), затем порообразователь (производили перемешивание в течении пяти минут). Далее готовую смесь укладывали в пневмоковш и наносили под давлением в пять ат. методом мокрого торкретирования в формы.

Применение регенерата позволяет сократить сроки схватывания в два раза и не использовать пластифицирующие добавки, что приводит к снижению стоимости легкого фибробетона. Применение метода торкретирования по сравнению с традиционным виброуплотнением позволяет получить прирост прочности на сжатие до 20%, а введение регенерата и модифицированной фибры в смесь легкого фибробетона – на 35% по отношению у указанным легким бетонам.

Испытания показали следующее.

По объемной массе заявленный легкий фибробетон имеет плотность от 1700-1800 кг/м³и относится к классу легких.

Близкую плотность до 1800 кг/м³ имеют керамзитобетон, перлитовый бетон.

Морозостойкость - F200, что означает количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать заявленный бетон.

Средняя прочность при сжатии – 18,55 МПа (класс бетона В 25).

Результаты лабораторных испытаний показали, что заявленный легкий фибробетон обладает высокой механической прочностью, повышение производительности технологии происходит за счет формования легкого фибробетона методом торкретирования, состав смеси включает в себя до 30% отходов промышленных производств, что приводит к их снижению накопления их на территории завода Балаково Центролит. Заявленный легкий фибробетон может быть использован для изготовления сборных и монолитных железобетонных изделий.

Хотя описанный выше вариант выполнения заявленного изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Легкий фибробетон на основе отходов промышленности, приготовленный из смеси, содержащей портландцемент в качестве вяжущего вещества, песок, фибру и воду, отличающийся тем, что смесь содержит речной песок с модулем крупности 1,4-1,6 и шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7 - регенерат, в качестве фибры содержит модифицированную в растворе воды и жидкого стекла или в растворе воды, жидкого стекла и гашеной извести фибру на основе текстильных отходов, и дополнительно она содержит комплексный порообразователь, включающий пыль газоочистки металлургического завода, содержащую оксид алюминия, жидкое мыло и воду, при следующем соотношении компонентов, об.%:

портландцемент	37
речной песок с модулем крупности 1,4-1,6	24,75
регенерат – шлаковый песок с модулем
крупности 0,6-0,7	7,75
модифицированная фибра на основе
текстильных отходов	1,2
указанный комплексный порообразователь	29,3

2. Легкий фибробетон по п. 1, отличающийся тем, что содержит до 30% отходов промышленности.

3. Легкий фибробетон по п. 1, отличающийся тем, что укладку бетона производят методом мокрого торкретирования.

Изобретение относится к производству теплоизоляционного пенобетона на минеральном вяжущем для реализации на заводах или предприятиях по выпуску блоков и устройству теплоизоляции из пеноматериала. Способ проектирования составов теплоизоляционного пенобетона включает совокупность действий, основанных на соблюдении условия абсолютного заполнения межпорового пространства в пенобетонной смеси, изготовление трех вариантов концентрации раствора пены с различным числом весовых частей воды на одну весовую часть пенообразователя в растворе пены, изготовление трех замесов с различной концентрацией раствора пены, измерение получившихся объемов пенобетонной смеси и фиксацию ее устойчивости, выбор состава с той концентрацией раствора пены, при которой обеспечивается устойчивость пенобетонной смеси с наименьшим количеством пенообразователя, измерение среднего диаметра пор и средней толщины межпоровой перегородки в затвердевших образцах пенобетона, при существенном отличии фактического среднего диаметра поры и средней толщины межпоровой перегородки от предварительно принятых значений пересчитывают объем межпорового пространства и расход сырьевых компонентов пенобетонной смеси, при необходимости увеличения текучести раствора при найденном водотвердом отношении применяют пластификатор с условием сохранения равенства суммы абсолютных объемов всех компонентов пенобетонной смеси и объема межпорового пространства.

Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона // 2778749

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в условиях повышенных температур. Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона содержит, мас.%: портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н 41,29-44,74, песок с размером зерна не более 0,63 мм 5,43-5,77, шамотный порошок с размером частиц не более 0,63 мм 4,93-5,23, шлак доменный гранулированный с размером частиц не более 0,63 мм 14,53-15,43, базальтовый порошок с размером частиц не более 0,63 мм 10,74-11,41, базальтовую фибру с размером волокон 6-12 мм 0,83-0,89, пенообразователь на протеиновой основе 0,03-0,05, воду 18,77-19,93.

Способ получения пенобетонной смеси // 2778225

Изобретение относится к получению пенобетона, используемого при строительстве и ремонте жилых, промышленных зданий и сооружений, где требуется непрерывная подача пенобетонной смеси. Способ получения пенобетонной смеси включает перемешивание в заданном соотношении цемента с водой, заполнителем - песком фракций меньше или равной 0,315 мм и/или армирующей добавкой - микрофиброй в смесителе-активаторе со скоростью вращения рабочих органов 200 - 500 оборотов в минуту с нагревом смеси до 30 - 45 градусов Цельсия и гидроактивацией цемента при водоцементном соотношении от 0,28 до 034, приготовление пенообразователя перемешиванием в течение одной минуты в емкости концентрата протеинового пенообразователя с водой в соотношении от 1:50 до 1:25 с последующей аэрацией полученного раствора пенообразователя сжатым воздухом под давлением 0,5 - 0,6 МПа в пеногенераторе до образования пены кратностью 20 - 40, получение пенобетонной смеси на месте применения пенобетона посредством перемешивания в смесителе-поризаторе со скоростью вращения рабочих органов 100 - 500 оборотов в минуту в заданном соотношении указанной активированной цементной смеси и полученного раствора пенообразователя.

Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона // 2777819

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в условиях повышенных температур. Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона содержит, мас.%: портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н 40,76 - 44,23, песок с размером зерна не более 0,63 мм 5,37 - 5,70, шамотный порошок с размером частиц не более 0,63 мм 4,87 - 5,17, пенообразователь на протеиновой основе 0,04 - 0,06, шлак доменный гранулированный с размером частиц не более 0,63 мм 24,98 - 26,53, базальтовую фибру с размером волокон 6-12 мм 1,96 - 2,08, воду 18,55 - 19,70.

Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона // 2777730

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в условиях повышенных температур. Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона на цементном вяжущем содержит, мас.%: портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н 39,07-42,64, песок с размером зерна не более 0,63 мм 5,43-5,77, шамотный порошок с размером частиц не более 0,63 мм 4,93-5,23, пенообразователь на протеиновой основе 0,04-0,06, глинозёмистый цемент 2,09-2,21, шлак доменный гранулированный с размером частиц не более 0,63 мм 14,53-15,43, базальтовый порошок с размером частиц не более 0,63 мм 10,74-11,41, базальтовую фибру с размером волокон 6-12 мм 0,83-0,89, воду 18,77-19,93.

Сырьевая смесь для изготовления ячеистого жаростойкого бетона // 2775247

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в условиях повышенных температур. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого жаростойкого бетона содержит, мас.%: портландцемент 47,47-50,56, пенообразователь на протеиновой основе 0,03-0,06, базальтовую фибру с длиной волокон 6-12 мм 0,95-1,01, порошок диабаза с размером частиц не более 0,63 мм 21,50-22,83, полые стеклокристаллические алюмосиликатные микросферы 5,58-5,93, воду 21,38-22,70.

Способ приготовления сухой сырьевой смеси для пеногипса // 2774975

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к способу приготовления сухой сырьевой смеси для пеногипса, широко применяемого в качестве звукоизоляционных и теплоизоляционных полов, для заполнения многослойных ограждающих конструкций при проведении теплоизоляционных работ в условиях строительной площадки.

Состав для изготовления полистиролбетона // 2765938

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к полистиролбетонам, используемым в теплосберегающих ограждающих конструкциях зданий и сооружений. Состав для изготовления полистиролбетона включает, мас.%: минеральное вяжущее 60-80, пенополистирольный заполнитель плотностью 5-20 кг/м3 фракционного состава, об.%: фракция размером 5-10 мм 5-20, фракция размером 2-5 мм 80-95, 2-20, протеиновый пластификатор 0,75-1,5, вода - остальное, при этом минеральное вяжущее содержит цемент, минерально-полимерную добавку, состоящую из фибры полипропиленовой, доломитовой муки и тонкомолотого шлака, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 90-95, минерально-полимерная добавка 5-10.

Состав и способ изготовления теплоизоляционного бетона // 2759255

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к строительным материалам, в частности теплоизоляционным бетонам, используемым в промышленном, гражданском строительстве, а также в отраслях добычи и транспортировки нефти и газа, в качестве теплоизоляции. Состав для изготовления теплоизоляционного бетона включает, мас.%: цемент 24,45–27,85, тонкомолотую бентонитовую глину 24,45–27,85, пенообразователь 0,30–0,75, коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6,5 2–4, модификатор грунта «ДС-35» 0,43–0,49, воду 42,97–44,46.

Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона // 2758307

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в условиях повышенных температур. Шихта для изготовления ячеистого жаростойкого бетона содержит, мас.%: портландцемент 50,40 - 54,30, шамотный порошок с размером частиц не более 0,63 мм 0,63 - 0,75, песок с размером зерна не более 0,63 мм 6,10 - 7,78, пенообразователь на протеиновой основе 0,35 - 0,39, базальтовую фибру с длиной волокон 6 - 12 мм 1,50 - 1,70, воду 37,12 - 38,98.

Способ получения газокерамических материалов // 2780914

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к ячеистым керамическим изделиям, и может быть использовано при изготовлении элементов ограждающих строительных конструкций. Способ получения строительных газокерамических материалов включает приготовление шихты путем смешивания воды, газообразователя – перекиси водорода и разжижающе-флюсующей добавки – сухого карбоната натрия с аморфной кремнеземистой породой – размолотой до порошкообразного состояния с величиной удельной поверхности частиц 5000-7000 см2/г опокой, загрузку полученной массы в пластиковую форму, установленную на виброплощадке, вспенивание массы при воздействии вибрации в течение 3-5 мин, извлечение пористого сырца из формы, его сушку и обжиг при температуре 900-920°C, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная опока 64,5-65,3, указанная добавка 0,6-0,8, указанный газообразователь 1,3-2,4, вода – остальное.