сырьевая смесь для изготовления легкого бетона

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).