СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ
DRY BUILDING MIX

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к сухим известково-кремнеземистым строительным смесям, с использованием попутно добываемых вскрышных пород горнодобывающей промышленности.
Уровень техники.
В строительстве применяются сухие строительные смеси с составом: цемент, песок, известь, кремнеземные наполнители, модифицирующие добавки.
Наиболее близким аналогом являются разработанные Пензенской государственной строительной академии сухие строительные смеси, имеющие в своем составе: кварцевый песок, портландцемент, тонкодисперсные наполнители на основе местных карбонатных и кремнеземистых пород, полимерные добавки (В.И. Калашников, B.C. Демьянова, Н.М. Дубошина. «Сухие строительные смеси на основе местных строительных материалов» (Пензенская архитектурно-строительная академия), «Строительные материалы» №5, 2000, стр. 30-32).
В известных строительных строительных смесях, в наполнителях на основе местных кремнеземистых породах содержание главного активного компонента - гидратированного диоксида кремния не является достаточным для возможности значительного уменьшения количества портландцемента в кладочных растворах или возможности не использовать портландцемент и модифицирующие добавки без потери качества в отделочных растворах. Породы не являются вскрышными, что также увеличивает себестоимость смесей. Не используются, не утилизируются известьсодержащие отходы.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении себестоимости производства сухих смесей за счет использования местной вскрышной породы - кремнеземистой опоки, уменьшения количества портландцемента в смесях или его исключения без потери качества, создания на основе опоки вяжущего, с возможностью расширенного применения в различных типах сухих смесей, а также возможности использования и утилизации вскрышной породы - кремнеземистой опоки, известьсодержащих отходов.
Технический результат заключается в использовании в составе вяжущего заявляемых сухих строительных смесей вскрышной породы - опоки Першинского месторождения кварцевого порфира Далматовского района Курганской области или аналогичной опоки с повышенным содержанием диоксида кремния, позволяющим снизить количество портландцемента или исключить его использование и комбинирование состава смеси в зависимости от применения, обеспечивающих необходимую прочность, а также возможности использования известьсодержащих отходов различных производств.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
В сухой строительной смеси, включающей в себя песок, известь, портландцемент, наполнители на основе кремнеземистых и карбонатных пород, отличающейся тем, что включает в состав вяжущего опоку, являющуюся вскрышной породой Першинского месторождения кварцевого порфира Далматовского района Курганской области, или аналогичную опоку с содержанием гидратированного диоксида кремния не менее 70% и имеет следующее соотношение компонентов (масс.ч.): песок - 235-245, опока - 30-40, известь - 20-30, портландцемент марки М400 - 25-35 - для кладочных растворов с обеспечением прочности на сжатие соответственно марке М200; соотношение компонентов (масс.ч.): песок - 190-200, опока - 25-35, известь - 10-20, портландцемент марки М400 - 15-25 - для кладочных и отделочных растворов с обеспечением прочности на сжатие соответственно марке M150; состав для отделочных растворов: песок - 40%, известь - 30%, опока - 30% (портландцемент отсутствует) с обеспечением прочности на сжатие соответственно марке М75.
Кроме того: в ее составе могут быть использованы известьсодержащие отходы различных производств, а также могут быть включены пластификаторы или иные функциональные добавки, с возможностью расширения диапазона применения смесей и улучшения их качественных характеристик.
Осуществление изобретения
Задача, на которую направлено изобретение, - разработка сухих строительных смесей на основе местных строительных материалов, осуществление возможности значительного снизить использование портландцемента или полностью отказаться от него в отделочных, штукатурных смесях, а также отказаться от использования функциональных модифицирующих добавок.
На базе Курганского завода ЖБИ-2 была исследована опока Першинского месторождения кварцевого порфира Далматовского района Курганской области в качестве компонента вяжущего, совместно с известью - пушонка из г. Пермь (с содержанием CaO+MgO не менее 75%) и песка Просветского карьера г. Кургана, разработано оптимальное соотношение компонентов смесей.
В процессе исследования вариантов разрабатываемых смесей были произведены следующие виды испытаний:
- Определение подвижности растворной смеси;
- Определение плотности растворной смеси;
- Определение расслаиваемости растворной смеси;
- Определение водоудерживаемости растворной смеси;
- Определение предела прочности раствора на изгиб и сжатие;
- Определение средней плотности раствора;
- Определение прочности сцепления в каменной кладке.
Исследованная опока является вскрышной породой при добыче кварцевого порфира с мощностью слоя от 11,9 до 43,1 м. В настоящее время сбрасывается в отвалы, загрязняя окружающую природу.
Комплексный анализ опоки показал:
- насыпная плотность
0,705 т/м<sup>3</sup>
- дробимость в сухом состоянии
34,24%
- отмучивание
25,7%
- пористость
51,1%
- дробимость в мокром состоянии
28,6%
- морозостойкость
7 циклов
- прочность на сжатие
1-3 МПа
- интенсивность γ-излучения
2-16 мкР/ч
- теплопроводность
0,157 Вт/м*°C
2
Основным компонентом опоки является гидратированный диоксид кремния SiO в аморфном состоянии. Химический состав представлен следующими элементами:
Материал
Содержание окислов в % по массе
ппп
SiO<sub>2</sub>
FeO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
TiO<sub>2</sub>
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
SO<sub>3</sub>
Σ
общ.
в т.ч. крист.
опока
6,4
75,3
17,62
3,35
7,6
1,96
1,7
0,65
2,7
0,17
99
Активность опоки по отношению к окиси кальция составляет 500 мг СаО/г.
Минералогический состав представлен следующими компонентами:
- 20% - угловатые частицы, представлены кварцем с нормальными оптическими характеристиками, зерна прозрачные бесцветные,
- 70% - зерна тонкокристаллической структуры, окрашенные окислами Fe в желто-бурые тона, выполненные по данным рентгенофазового анализа бесструктурным кристаллобалитом и тонкодисперсным тридимитом;
- 1% - магнетит;
- 10% - угловатые частицы - плагиоклаз кислого состава.
2
2
2
Кроме того, в опоке присутствуют такие минералы, как полевой шпат, кварц - SiO, тридимит - SiO, кристобаллит - SiO, фрагментарность обусловлена наличием аморфной фазы.
2
2
2
2
2
Исходя из состава главным активным компонентом является аморфный гидратированный кремнезем SiO×HO. Появление новообразований в смеси песка, извести и опоки обязано этому компоненту. Для появления новообразований в вяжущих веществах обязательным фактором является растворение исходных компонентов, причем концентрация их в растворе должна быть выше, чем предельная растворимость новообразований. Растворимость аморфного диоксида кремния значительно выше кристаллических форм, представленных кварцем. Таким образом, образуется раствор с высоким содержанием аморфного гидратированного кремнезема и гидроокиси кальция, причем содержание SiO×HO в растворе значительно больше, чем Са(ОН), что создает благоприятные условия для формирования низкоосновных гидросиликатов кальция.
Реакция твердения смеси на основе опоки извести проходит следующим образом:
2
2
2
2
2
2
xSiO×HO+yCa(OH)+zHO=nCaOmSiOkHO
Продукты твердения смеси опоки и извести, затворенных водой, аналогичны продуктам твердения цементного камня.
Содержание гидратированного диоксида кремния в опоке Першинского месторождения превышает 75%, что является высоким показателем для аналогичных опок. Активность опоки по отношению к окиси кальция составляет 500 мг CaO/г. В то время как обычный кварц проявляет активность к CaO порядка 125 мг CaO/г. Что в целом позволяет отнести опоку Першинского месторождения кварцевого порфира к эффективному компоненту строительной смеси.
Анализ результатов испытаний показал, что наилучшие результаты по прочности на сжатие, изгиб, сцеплению с жестким основанием показала композиция, имеющая следующий состав: 40% песка, 30% извести, 30% опоки. Это оптимальный состав, соответствующий требованиям для отделочных штукатурных растворов по ГОСТу 28013-98.
3
В разрабатываемых смесях применялась известь - пушонка из г. Пермь (с содержанием CaO+MgO не менее 75%) и кварцевый песок Просветского карьера г. Кургана, просеянный через сита, обеспечивающие фракции до 0,5 мм. Также применялись известьсодержащие отходы, в частности, ферромагнитного производства Челябинского электромеханического завода, с содержанием CaO+MgO до 65%.
Водоудерживающая способность полученной растворной смеси - 95,4 (должна быть не менее 90%).
Расслаиваемость свежеприготовленной смеси - 6,36 (должна быть не более 10%).
3
Средняя плотность, D, затвердевшего раствора в проектном возрасте - 1719 кг/м(соответствует требованиям для тяжелых растворов - 1500 и более).
2
Прочность раствора на сжатие в проектном возрасте - 76,82 кгс/см, что соответствует марке М75.
к
Марка по подвижности для штукатурного раствора П2 (осадка конуса 7-8 см).
2
Прочность сцепления с жестким основанием 2,37 кгс/см.
2
2
Для применения в качестве кладочных растворов была разработаны смеси с добавлением портландцемента М400 со следующим соотношением компонентов (масс.ч.): песок - 235-245, опока - 30-40, известь - 20-30, портландцемент марки М400 - 25-35 - с прочностью на сжатие 250 кг/см, что соответствует марке М250; и с соотношением компонентов (масс.ч.): песок - 190-200, опока - 25-35, известь - 10-20, портландцемент марки М400 - 15-25 - для кладочных и отделочных растворов с прочностью на сжатие - 161 кг/см, что соответствует марке M150.
Полученные смеси могут применяться в грунтах с агрессивными грунтовыми водами, так как высокая активность опоки к окиси кальция в кладочных растворах позволяет избежать высолов.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что разрабатываемые сухие строительные смеси соответствуют необходимым требованиям и реализуются в качестве смесей для отделочных и кладочных растворов.
По данным расчета экономической эффективности производства заявляемых сухих строительных смесей с использованием местных материалов - стоимость сырьевых компонентов для производства смесей на 40% и более, при использовании известьсодержащих отходов, ниже завозимых.
Экологическая ценность изобретения состоит в использовании, утилизации вскрышной породы, являющейся побочной при добыче кварцевого порфира, а также в возможном использовании, утилизации известьсодержащих отходов различных производств.