СМЕСЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО СТАЛЕФИБРОБЕТОНА НА ОСНОВЕ ОТСЕВА ДРОБЛЕНИЯ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА
MIXTURE FOR PRODUCING FINE-GRAINED STEEL FIBRE CONCRETE BASED ON QUARTZITE SANDSTONE GRINDING SCREENINGS

Изобретение относится к строительной индустрии, а именно к технологиям приготовления состава мелкозернистых бетонных смесей, используемых при изготовлении сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.
3
Известна бетонная смесь, включающая портландцемент, стальную фибру, заполнитель, воду, пластифицирующую добавку «Полипласт СП-3», модифицирующую добавку при следующих соотношениях компонентов смеси, кг/м:
портландцемент
320-330
заполнитель
1900-1920
стальная фибра
70-80
суперпластификатор
1,6-1,72
модифицирующая добавка
0,010-0,015
вода
остальное
[RU 2397069, МПК В28С 5/40].
Его недостатком является низкая прочность цементного камня на сжатие и изгиб, а также высокая стоимость смеси за счет использования гранитного щебня.
Целью изобретения является повышение прочности на сжатие и изгиб; ударную и усталостную прочность; трещиностойкость и вязкое разрушение; сопротивление истиранию цементного камня, снижение стоимости бетонной смеси за счет использования композиционного вяжущего и отходов горнорудной промышленности (отсев дробления кварцитопесчаника) и отходов мокрой магнитной сепарации (отходы ММС).
3
Смесь для производства мелкозернистого сталефибробетона, включающая вяжущее, заполнитель, стальную фибру, суперпластификатор С-3, воду, отличается тем, что в качестве вяжущего используют вяжущее низкой водопотребности ВНВ-70 на основе отходов мокрой магнитной сепарации, а в качестве заполнителя - отсев дробления кварцитопесчаника фракции не более 5 мм и нижнеольшанский песок при следующих соотношениях компонентов смеси, кг/м:
вяжущее низкой водопотребности ВНВ-70
280-290
отсев дробления кварцитопесчаника
860
песок нижнеольшанский
540
суперпластификатор С-3
1,6-1,7
стальная фибра
60-65
вода
остальное.
Используют вяжущее низкой водопотребности ВНВ-70 на основе отходов мокрой магнитной сепарации и кремнезема, получаемого механоактивацией отсева дробления кварцитопесчаника.
Отсев дробления кварцитопесчаника образуется при дроблении щебня. Он представляет собой частицы пылевидной фракции (не более 5 мм) с высоким содержанием кремнезема.
Особенностью отсевов дробления является угловатая форма зерен с высокоразвитой поверхностью, что способствует повышенной адгезии к ним цементного камня (рис.1).
Песчаная составляющая обусловливает формирование микроструктуры цементного камня, определяя мезоструктуру материала. При изучении процессов, протекающих в контактной зоне между цементным камнем и заполнителем, отмечается ведущая роль минералогического состава заполнителя.
Наиболее сильно структурообразующая роль заполнителя проявляется при образовании тонких прослоек цементного камня между зернами заполнителя. При этом повышение микротвердости цементного камня между зернами заполнителя относят к слиянию контактных зон, повышению плотности цементного камня в этих зонах.
Применение суперпластификатора С-3 позволяет:
- увеличить подвижность бетонной смеси от П1 до П5;
- снизить водопотребность при затворении вяжущего вещества на 20-28%;
- увеличить конечные прочностные характеристики до 50%;
- регулировать сроки схватывания, изменяя количество вводимой добавки С-3;
- в 1,5-1,6 раз увеличить сцепление бетона с закладной арматурой и металлоизделиями с одновременным ингибированием поверхности металла;
- получить "литые" бетоны с повышенной влагонепроницаемостью, трещиностойкостью, морозостойкостью - 350 циклов;
- снизить расход цемента на 20% (ТУ 5870-005-58042865-2005).
Суперпластификатор С-3 выступает как замедлитель срока схватывания.
2
Исходя из химического состава железистых кварцитов различных месторождений территории России и стран ближнего зарубежья, месторождения КМА отличаются повышенным содержание SiO (от 31 до 42%), что приводит и к повышенному содержанию кварца в отходах ММС (табл.1, 2). Гематит отмечается в виде включений в зернах диагенетического кварца. В качестве второстепенных встречаются амфиболы, карбонаты, полевые шпаты и слюды. Присутствующий в отходах ММС в измельченном виде кварц может участвовать в формировании новообразований, и, следовательно, отходы могут быть использованы при производстве ВНВ.
Таблица 1
Химический состав отходов ММС, %
Fe<sub>общ.</sub>
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
CaO
MgO
S
P
CO<sub>2</sub>
10,2
77,72
0,57
6,58
7,12
1,48
2,26
0,128
0,023
3,63
Таблица 2
Минеральный состав отходов ММС Лебединского ГОКа, %
Кварц
Гематит
Магнетит
Силикаты
Карбонаты
65-70
6-11
2-6
9-12
6-13
Пример
В качестве вяжущего применяли ВНВ-70 на основе мокрой магнитной сепарации. Для изготовления опытных образцов использовались отсев дробления кварцитопесчаника и нижнеольшанский песок. Для оценки качества применяемых заполнителей и наполнителей были изучены их основные физико-механические свойства (табл.3).
Таблица 3
Физико-механические характеристики заполнителя
Наименование показателя
Единица измерения
Отсев КВП
Отходы ММС
Нижнеольшанский песок
Модуль крупности
М<sub>кр.</sub>
3,50
0,63
1,12
Насыпная плотность в неуплотненном состоянии
ρ<sub>нас.</sub>, кг/м<sup>3</sup>
1415
1300
1467
Насыпная плотность в уплотненном состоянии
ρ<sub>нас. упл.</sub>, кг/м<sup>3</sup>
1490
1630
1648
Истинная плотность
ρ<sub>ист.</sub>, кг/м<sup>3</sup>
2710
3000
2630
Пустотность
V<sub>м.п</sub>, %
47,8
59,3
44,2
Водопотребность
B<sub>отс.</sub>, %
5,5
25
11
Цементопотребность
Ц<sub>потр.</sub>
0,530
1,95
0,63
В качестве фибры была принята фибра стальная фрезерованная по технологии «VULKAN HAREX». Фибра имеет характерный синеватый оттенок - окисный слой, препятствующий в процессе ее хранения образованию и развитию коррозии. Длина фибры - 32 мм, ширина - 3,8 мм.
Сталефибробетонную смесь готовили в два этапа. Вначале в растворосмесителе получали бетонную смесь. Первоначально производилось смешивание сухих компонентов, затем небольшими порциями затворялась вода. Перемешивание длилось 5-10 минут в зависимости от консистенции смеси.
На втором этапе выполнялось армирование. Для этого экспериментальным путем определяли количество бетонной смеси, необходимое для формования одного образца. Далее в приготовленную бетонную смесь добавлялась фибра, заранее отмеренная согласно проценту армирования.
После этого смесь перемешивалась механизированным способом и вручную укладывалась в очищенные формы, тщательно смазанные маслом. Уплотнение фибробетонной смеси выполнялось на вибростоле до появления цементного молока.
Таблица 4
Состав смеси
Состав смеси на 1 м<sup>3</sup>
Состав 1
Предел прочности при сжатии, МПа
Предел прочности при изгибе, МПа
Состав 2
Предел прочности при сжатии, МПа
Предел прочности при изгибе, МПа
ВНВ-70
280
86,2
24,2
290
94,8
25,8
Отсев КВП
860
860
песок
540
540
С-3
1,6
1,7
фибра
60
65
вода
140
160
Испытания образцов для определения прочности на сжатие, на растяжение при изгибе и модуля упругости проводились на универсальной машине УММ-10 по стандартной методике на 28 сутки.
Разработанный состав сталефибробетона с использованием вяжущего низкой водопотребности (ВНВ-70) и отсева дробления кварцитопесчаника позволил получить бетоны с пределом прочности при сжатии 94,8 МПа, прочностью на изгиб до 25,8 МПа, что выше на 25%, чем по прототипу.
Сталефибробетонные образцы обладают высокими показателями вышеупомянутых характеристик и могут найти широкое применение при изготовлении сталефибробетонных изделий различного ассортимента.