Бетонная смесь
Патент 2247094
Авторы
Правообладатели
Бетонная смесь
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, и в частности, к составам бетона, применяемых для изготовления бетонных изделий. Техническим результатом является удешевление смеси, повышение прочностных характеристик бетона, а также улучшение экологического аспекта за счет применения отходов техногенного производства. Бетонная смесь, включающая высококальциевую золу-унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, согласно изобретению дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: высококальциевая зола-унос ТЭЦ - 45-49, песок - 21-24, микрокремнезем - 3-4, минерализованные стоки - 1,5-2,5, вода – остальное. 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к бесцементным составам низкомарочных бетонных смесей из отходов техногенного происхождения.
Известно вяжущее, включающее золу-унос 55,6-62,5% по массе и жидкое стекло, изготовленное из отходов производства кристаллического кремния - микрокремнезема 37,5-44,4% [RU 2130904 C1, 27.05.1999].
Недостатком известного вяжущего является то, что в нем используется жидкое стекло, которое получается искусственным путем, а это требует энергетических и экономических затрат, что нецелесообразно.
В качестве прототипа принята бетонная смесь, содержащая высококальциевую золу-унос 30-40%, шлаковый песок фракции 5 мм 30-40%, высококремнеземистую пыль - отход ферросплавного производства 3-4%, и воду с температурой 60-80°С [RU 2065420 C1, 20.08.1996].
Недостатком прототипа является то, что при добавлении выкококальциевой золы-унос менее 30% ухудшаются вяжущие свойства, а при добавлении более 40% уменьшается прочность бетонной смеси. При добавлении шлакового песка более 40% также значительно уменьшается прочность бетона, а применение подогретой воды (до 60-80°С) для затворения бетонной смеси требует дополнительных энергетических затрат, что экономически невыгодно.
Задачей изобретения является удешевление смеси, улучшение ее прочностных характеристик, а также улучшение экологического аспекта за счет применения отходов техногенного производства.
Поставленная задача достигается тем, что бетонная смесь, включающая высококальциевую золу-унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, согласно изобретению дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Высококальциевая зола-унос ТЭЦ 45-49
Кварцевый песок 21-24
Микрокремнезем 3-4
Минерализованные стоки 1,5-2,5
Вода - остальное
Высококальциевая зола-унос обладает вяжущими свойствами, но наличие в ней свободного оксида кальция СаОсвоб. приводит к разрушению бетона за счет поздней гидратации в уже затвердевшем материале. Для ликвидации негативного влияния СаОсвоб. на процессы гидратации и улучшение свойств зольного теста и камня в бетонную смесь вводится микрокремнезем, являющийся отходом производства кристаллического кремния и состоящий из аморфного кремния и химически активного SiO2. Наличие этих компонентов в составе микрокремнезема и введение его в состав бетонной смеси способствует связыванию СаО и Са(ОН)2 в плотные и прочные гидросиликаты.
Введение ультрадисперсных частиц микрокремнезема способствует повышению вязкости системы и более быстрому возникновению центров кристаллизации, что приводит к снижению энергетических затрат на образование зародышей кристаллизации. Это способствует формированию структуры зольного камня с меньшими напряжениями и ускорению твердения зольных систем. Таким образом, происходит нейтрализация негативного влияния СаОсвоб., сокращаются сроки начала и конца схватывания.
С целью интенсификации твердения зольного камня и повышения прочностных характеристик бетона в состав бетонной смеси вводится отход производства цветной металлургии - минерализованные стоки, получаемые в результате нейтрализации промышленных стоков металлургического производства известковым молоком с последующим упариванием.
Результаты рентгенографического и дифференциально-термического анализов показали, что хлориды, содержащиеся в минерализованных стоках, вступают в реакции обмена или присоединения с минералами золы-унос, увеличивая при этом степень гидратации силикатных фаз, что способствует появлению новообразований в виде гидрохлоралюминатов кальция. Результатом является то, что в бетонной смеси ускоряются процессы гидратации в начальные сроки и сразу после изготовления изделий, обеспечивая при этом раннее структурообразование бетонной смеси, а также ускоренный набор прочности материала и ликвидацию негативного влияния СаОсвоб..
Бетонная смесь готовится из компонентов в следующем соотношении: высококальциевая - зола унос ТЭЦ - 45-49%; песок - 21-24%; микрокремнезем - 3-4%, минерализованные стоки - 1,5-2,5%, вода - остальное.
Песок и зола-унос подаются в бетоносмеситель и затворяются водной суспензией, состоящей из микрокремнезема, минерализованных стоков и воды. Смесь перемешивается в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2...3 минут. Из готовой бетонной смеси формуют изделия, твердение которых осуществляется в камере тепловлажностной обработки при температуре 70-80°С по режиму (2+6+2) ч.
При содержании высококальциевой золы-унос в бетонной смеси более 49% уменьшаются прочностные характеристики бетона, при содержании менее 45% ухудшаются вяжущие свойства бетонной смеси.
При содержании микрокремнезема более 4% сокращаются сроки схватывания зольного вяжущего, что неблагоприятно влияет на процессы гидратации, при содержании микрокремнезема менее 3% СаОсвоб. остается несвязанным, что приводит к последующему разрушению изделий.
Сырьевыми материалами для бетона предлагаемого состава являлись: высококальциевая зола сухого отбора Красноярской ТЭЦ-2, кварцевый песок фракции 0,16-5,0 мм, микрокремнезем Братского алюминиевого завода и солевые (минерализованные) стоки Красноярского завода цветных металлов.
Свойства сырьевых материалов приведены в табл.1 и 2.
| Таблица 1Физические свойства исходных материалов | |||
| Наименование показателей | Значение показателей для материала | ||
| Высококальциевая зола-унос | Кварцевый песок | Микрокремнезем | |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 1160 | 1585 | 200 |
| Истинная плотность, кг/м3 | 2880 | 2610 | 2200 |
| Удельная поверхность, см2/г | 3120 | - | 23000 |
| Остаток на сите 008, % | 9,1 | 99,4 | - |
| Модуль крупности, Мкр | - | 1,9 | - |
| Таблица 2Химический состав золы-унос и микрокремнезема | |||
| Наименование окислов | Содержание окислов, %, в материале | ||
| зола-унос | микрокремнезем | ||
| SiO2 | 34,3 | 90,8 | |
| СаОобщ. | 35,93 | 3,1 | |
| CaОсвоб. | 10,38 | - | |
| Аl2O3 | 6,15 | - | |
| Fе2О3+FeO | 9,93 | - | |
| MgO | 7,63 | - | |
| К2О+Na2О | 0,63+0,2 | 2,5 | |
| TiO2 | 0,23 | - | |
| МnО2 | - | - | |
| SO3 | 2,18 | 0,6 | |
| Потери при прокаливании | 2,3 | 3 |
Разработанная бетонная смесь является более экономичной, чем известные благодаря использованию попутных продуктов различных отраслей промышленности и позволяет получать бетоны марок М50-М200 без применения цементного вяжущего.
Таким образом, техническим результатом изобретения является удешевление стоимости бетонной смеси и повышение прочности бетона, улучшение экологической обстановки в регионе.
Бетонная смесь, включающая высококальциевую золу—унос теплоэлектростанций, песок, микрокремнезем и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит минерализованные стоки - отход производства цветной металлургии, а в качестве микрокремнезема использован отход производства кристаллического кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Высококальциевая зола-унос ТЭЦ 45-49
Кварцевый песок 21-24
Микрокремнезем 3-4
Минерализованные стоки 1,5-2,5
Вода Остальное