сырьевая смесь для изготовления легкого бетона
Классы МПК: | C04B38/10 полученные с использованием пенообразователей |
Автор(ы): | Федынин Н.И. (RU), Смирнов М.Ю. (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-07-06 публикация патента:
10.09.2005 |
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно, к составам легкобетонных смесей для изготовления ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций. Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона содержит, мас.%: малоклинкерный шлакопортландцемент 20-25, каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м 3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер 24-35, в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен 0,02-0,07, гранулированный доменный шлак 19-33, вода остальное. Техническим результатом является повышение прочности при снижении средней плотности и теплопроводности бетона, то есть улучшение конструктивных качеств при низком расходе порообразователя. 2 табл.
Формула изобретения
Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, пенообразующее поверхностно-активное вещество, химическую добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер, а в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Малоклинкерный шлакопортландцемент | 20...25 |
Гранулированный доменный шлак | 19...33 |
Каменноугольная зола | 24...35 |
Оксиэтилен | 0,02...0,07 |
Вода | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам легкобетонных смесей для изготовления ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций.
Известны составы смесей для приготовления поризованных мелкозернистых бетонов, включающие цемент, топливный или гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, порообразователь в виде алюминиевой пудры (газообразователь) или пенообразующего поверхностно-активного вещества, химические добавки и воду (1, 2). Недостатки этих составов заключаются в высокой дозировке порообразователей, повышенной средней плотности и теплопроводности бетона.
Наиболее близкой к предлагаемому составу сырьевой смеси по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак фр.10 мм, каменноугольную золу, пенообразователь - алкилсульфат, добавки углекислого аммония, сульфатно-дрожжевой бражки (СДБ) и воду (3). Недостатками известного состава также являются повышенная средняя плотность и теплопроводность, а, особенно, пониженная морозостойкость бетона.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности при снижении средней плотности и теплопроводности бетона, то есть в улучшении конструктивных качеств материала, при низком расходе наиболее дорогостоящих компонентов смеси - порообразователя и химической добавки.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в реализации потенциала применяемой в смеси особо легкой золы с насыпной плотностью 350...500 кг/м3, состоящей из стекловидных полых микросфер, в сочетании с модифицирующей структуру поризованного бетона пластифицирующе-воздухововлекающей химической добавкой.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата сырьевая смесь для изготовления легкого бетона, включающая малоклинкерный шлакопортландцемент, гранулированный доменный шлак, каменноугольную золу электростанций, пенообразующее поверхностно-активное вещество, химическую добавку и воду, содержит каменноугольную золу с насыпной плотностью 350...500 кг/м 3, состоящую из стекловидных частиц в виде полых микросфер, а в качестве поверхностно-активного вещества и химической добавки - оксиэтилен, при следующем соотношении компонентов, мас.%: малоклинкерный шлакопортландцемент - 20...25, гранулированный доменный шлак - 19...33, каменноугольная зола - 24...35, оксиэтилен - 0,02...0,07, вода остальное.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что легкий бетон (шлакозолобетон), получаемый из предлагаемой сырьевой смеси, представляет собой сложную систему, в которой связующая матрица, обеспечивающая пониженную среднюю плотность при высоких показателях прочности (коэффициент конструктивного качества), состоит из цементно-зольного камня, а каркас, обеспечивающий снижение деформаций усадки и меньший расход цемента, создается гранулированным доменным шлаком. При этом определяющее влияние на снижение плотности бетона оказывают полые микросферы особо легкой золы, которые образуют в матрице замкнутые поры. Это позволяет получать матрицу бетона со структурой, аналогичной ячеистому бетону (пенобетону), без применения традиционных дорогостоящих порообразователей. С другой стороны, стекловидные микросферы, находящиеся в контакте через тонкие прослойки цемента, при нагружении бетона создают «эффект яйца», что способствует повышению прочности материала.
Особенность химического состава каменноугольной кислой золы, используемой в предлагаемой сырьевой смеси, состоит в повышенном содержании щелочных оксидов K2O + Na 2O, составляющем 3,5...5,2%, тогда как в большинстве других кислых зол - 0,8...1,7%. Эта особенность золы обуславливает не только пустотелость и шаровидную форму зерен и частиц алюмосиликатного стекла, но и высокую степень их адгезионного сцепления с цементом, что также является фактором повышения прочности бетона при пониженных значениях средней плотности.
Присутствующая в смеси микродобавка оксиэтилена обладает сильным диспергирующим и пластифицирующим эффектами при умеренном воздухововлекающем (микропенообразующем) эффекте. Эти свойства добавки в функциональном назначении соответствуют свойствам минеральных компонентов смеси и их соотношению для решения задачи изобретения. В частности, в большей степени требуется высокая однородность распределения компонентов и пластификация смеси и в меньшей степени - воздуховов-лечение, так как требуемая пористость достигается в основном за счет золы.
Для получения легкого бетона из предлагаемой сырьевой смеси применяют малоклинкерный шлакопортландцемент М300 (содержание клинкера 30%), каменноугольную золу Беловской ГРЭС с насыпной плотностью 350...500 кг/м 3 и удельной поверхностью 1600...2300 см2/г, имеющую химический состав, мас.%: SiO2 - 62,5...68,7; Al2О3 - 19,3...21,8; Fe2O 3+FeO - 2,8...3,5%; CaO - 1,6...2,2; MgO - 1,3...1,8; K 2O+Na2O - 3,5...5,2; SO3 - 0,2...0,4; п.п.п. - 0,9...2,5, гранулированный доменный шлак фр.10 мм. В качестве добавки применяют оксиэтилен.
Для получения сравнительных данных в одинаковых условиях приготовление равноподвижных смесей (погружение стандартного конуса 3...5 см) осуществляют известным способом в турбулентном смесителе типа С-868 и пропаривают отформованные образцы размером 10х10х10 см при 90...100°С по режиму 3+10+3 ч. Испытание образцов проводят в стандартном возрасте 28 сут по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения плотности» и ГОСТ 10060.0-95 «Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования».
Конкретные составы и результаты испытания образцов приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 - Составы бетонной смеси | |||||||||
Состав смеси | № состава | Содержание в смеси, мас.% | |||||||
малоклинкерный ШПЦ | каменноугольная зола | гранулированный доменный шлак | СДБ (СТМ) | алкил-сульфат | углекислый аммоний | окси-этилен | вода | ||
Предложенный | 1 | 20 | 35 | 19 | - | - | 0,02 | 25,98 | |
2 | 23 | 30 | 25 | - | - | - | 0,05 | 21,95 | |
3 | 25 | 24 | 33 | - | - | - | 0,07 | 17,93 | |
Для оптимальности | 4 | 18 | 37 | 18 | - | - | - | 0,01 | 26,99 |
5 | 27 | 22 | 34 | - | - | - | 0,09 | 16,91 | |
Известный | 6 | 12 | 14 | 64 | 0,15 | 0,01 | 0,2 | - | 9,64 |
7 | 18 | 16 | 54 | 0,3 | 0,03 | 0,8 | - | 10,6 |
Таблица 2 - Результаты испытаний | |||||
Состав смеси | № состава | Свойства бетона | |||
средняя плотность, кг/м3 | прочность на сжатие, МПа | морозостойкость, циклы | коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С | ||
Предложенный | 1 | 820 | 12,6 | 230 | 0,16 |
2 | 1030 | 15,5 | 285 | 0,21 | |
3 | 1210 | 21,3 | 450 | 0,27 | |
Для оптимальности | 4 | 795 | 10,4 | 200 | - |
5 | 1260 | 19,6 | 320 | - | |
Известный | 6 | 1650 | 13,2 | 125 | 0,53 |
7 | 1310 | 10,3 | 170 | 0,35 |
Как видно из таблицы 2, легкий бетон из предлагаемой смеси характеризуется более высокой прочностью и морозостойкостью при меньших значениях средней плотности, а также существенно меньшей теплопроводностью по сравнению с легким бетоном из известной смеси.
Внедрение предлагаемой смеси позволит эффективно использовать легкие и особо легкие разновидности зол ТЭС в производстве ограждающих и несущих конструкций, а также в монолитном домостроении.
Источники информации
1. Волженский А.В. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов, Москва, Стройиздат, 1984, 174 с.
2. SU 562534 А1, 25.06.1977.
3. SU 1294780 А1, 07.03.1987 (прототип).
Класс C04B38/10 полученные с использованием пенообразователей