БЕТОННАЯ СМЕСЬ
CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий в промышленном и гражданском строительстве, в частности строительстве зданий и сооружений, монолитном строительстве, изготовлении оснований дорожных одежд, плит и перекрытий, фундаментов и оснований, бордюрных камней.
В связи с увеличением в настоящее время объемов строительства ощутимо вырос спрос на качественные бетонные смеси. С другой стороны, остается одной из наиболее острых проблем защита окружающей среды - обезвреживание токсичных отходов производства.
Бетонная смесь представляет собой рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют исходя из требований к самой смеси и к бетону.
Известны бетонные смеси, содержащие в своем составе такие компоненты, как дисперсные золошлаковые отходы мусоросжигательных заводов, золошлаковые отходы и золы-уноса, в том числе пылевидные фракции, являющиеся отходами тепловых электростанций и котлов, золу от сжигания осадка сточных вод, летучую золу от сжигания твердых городских отходов (RU №2201410, 2003, RU №2362755, 2009, RU №2256633, 2005, SU 1361127, 1987, RU №2154619, 2000, CN 101531492, 2009).
2
Известна сухая бетонная смесь, содержащая, %: тонкомолотую золу-унос с удельной поверхностью 4500-6700 см/г - 20-40, цемент, гипс - 3, золошлаковый отход из золоотвалов 40-60, известь - 5, добавка, повышающая срок хранения сухой смеси, - 2 (RU 2091343, 1997). Состав смеси предопределяет отсутствие воды в данной смеси, что приводит к необходимости контроля влажности составляющих компонентов при получении смеси и в процессе ее транспортирования. Кроме того, жесткие бетонные смеси имеют ограниченное использование, так как необходима доработка смеси (уплотнение, вибропрессование и т.д.) на месте при производстве работ и наличие специализированной техники.
Утилизация отходов в указанных составах в определенной мере способствует защите окружающей среды, однако получаемые при этом бетонные смеси и бетоны на их основе обладают недостаточно высоким комплексом эксплуатационных характеристик.
Более близкой к изобретению является бетонная смесь, состав которой описан в патенте RU №2311236, 2007. Указанная бетонная смесь содержит следующие компоненты, мас.%: цемент 20-25, золошлаковые отходы мусоросжигания 40-60, заполнитель 0-30, добавка-модификатор 0,02-0,075, добавка-детоксикант 0-0,35, вода - остальное.
Из данных, приведенных в патенте, следует, что указанная бетонная смесь является жесткой. Жесткие бетонные смеси имеют ограниченное использование, так как необходима доработка смеси (уплотнение, вибропрессование и т.д.) на месте при производстве работ и наличие специализированной техники. Кроме того, бетон, получаемый с ее использованием, обладает недостаточными показателями прочности, морозостойкости, водонепроницаемости.
Задачей изобретения является создание пластичной бетонной смеси, обладающей высокими качественными характеристиками и позволяющей получить бетон с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Поставленная задача достигается созданием бетонной смеси, содержащей заполнитель, мас.%:
отходы газоочистки
от сжигания
твердых бытовых отходов
1,0-50,0
щебень
0,0-50,0
отсев
0,0-50,0
песок
0,2-50,0
гравий
0,0-50,0
золошлаковые отходы
от сжигания
твердых бытовых отходов
остальное, до 100
модифицирующую добавку и воду при следующем соотношении
компонентов бетонной смеси, мас.%:
цемент
9,8-30,0
модифицирующая добавка
0,0-15,0
вода
5,0-25,0
заполнитель
остальное, до 100
Достигаемый при этом технический результат заключается в том, что полученная бетонная смесь обладает улучшенными показателями качества, такими как удобоукладываемость, седиментационная устойчивость, пластичность, а полученный после отверждения бетонной смеси бетон характеризуется пониженным объемным весом, повышенными прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью.
Используемые при получении смеси золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов и отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов получают следующим образом.
Твердые бытовые отходы подвергают сжиганию в топочных камерах котлоагрегатов. Золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов представляют собой, например, смесь шлака, образующегося в топочной камере, и котельной золы, которая уносится с дымовыми газами и отделяется от последних в конвективной зоне котла.
Отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов представляют собой отходы очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов. При этом дымовые газы подвергают полусухой очистке на установке, состоящей из абсорбера и рукавного фильтра.
Для улучшения качественных технологических характеристик продукции, повышения строительно-технических свойств бетонов и растворов, придания новых свойств применяют специальные химические добавки для бетонов и строительных растворов.
Модификаторы бетонов - вещества, добавляемые в бетонные смеси с целью изменения одного или нескольких параметров бетонных смесей при сохранении неизменными остальных характеристик.
Под термином «модифицирующая добавка» в рамках данной заявки понимают продукт, вводимый в бетонные и растворные смеси с целью улучшения их технологических свойств, повышения строительно-технических бетонов и растворов и придания им новых свойств, в том числе смеси таких продуктов, а также продукта, состоящего из двух или более добавок, обладающих моно- или полифункциональным действием, т.е. комплексных добавок (ГОСТ 24211-2003).
В соответствии указанным ГОСТом добавки по своему назначению подразделяются на:
1. Регулирующие свойства бетонных смесей: пластифицирующие:
пластифицирующие I группы (суперпластификаторы);
пластифицирующие II группы (сильнопластифицирующие);
пластифицирующие III и IV группы (средне- и слабопластифицирующие);
стабилизирующие; регулирующие сохраняемость подвижности;
поризующие (воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие).
2. Изменяющие свойства: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители); повышающие прочность; снижающие проницаемость; повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре; повышающие морозостойкость; повышающие коррозионную стойкость; регулирующие процессы усадки и расширения.
3. Придающие специальные свойства: противоморозные; гидрофобизирующие; биоцидные; повышающие стойкость к высолообразованию.
В описываемой бетонной смеси, в частности, используют суперпластификатор С-3 (ТУ 5870-002-58042865-03), Суперпластификатор СП-1 (аналог С-3) (ТУ 5870-005-58042865-05), Реламикс с эффектом ускорения набора прочности, (суперпластификатор и ускоритель твердения) (ТУ 5780-002-14153664-04), Линамикс с эффектом замедления схватывания, Дефомикс (Полипласт СП-1ВП) с эффектом подавления воздуха в бетонной смеси, С-3М-15 с противоморозным эффектом, комплексные добавки, изменяющие сразу несколько параметров, СДО - смола древесная омыленная, СНВ - смола нейтрализованная воздухововлекающая - натриевая соль абиетиновой кислоты, смеси последних, ПФМ-НЛК - полифункциональный модификатор на основе пластифицирующих, воздухововлекающих и гидрофобизирующих компонентов (позволяет одновременно увеличить подвижность смеси, снизить водопотребность, увеличить сроки схватывания и живучесть смеси, получить "литой" бетон с повышенной влагонепроницаемостью, трещиностойкостью, морозостойкостью, увеличить конечные прочностные характеристики), воздухововлекающая добавка, пенообразователь (Россия) - Смола SDO-L, гидрофобизирующие добавки и составы - Софэксил-40, Софэксил-защита М, гидрофобно-пластифицирующие добавки бетонов - кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия ГКЖ-11, этилсиликонат натрия ГКЖ-10, этилгидросилоксановая жидкость ГКЖ-94, Алпласт - добавка по эффективности, соответствующая пластификаторам и водоредуцирующим добавкам повышенной эффективности (основу добавки составляют модифицированные лигносульфаты с нормированным молекулярно-массовым распределением и минимальным содержанием редуцирующих веществ. Для Алпласта характерно отсутствие дополнительного воздухововлечения в бетонную смесь с сопутствующими этому явлению сбросами прочности. Оптимальная концентрация составляет 0,2-0,3 мас.%. Водоредуцирующая способность составляет 12-15%), противоморозная присадка Семпласт-Крио - ТУ 5870-003-58985443-02 (комплексный продукт, включающий смесь неограниченных электролитов на Ca/Na основании, кальциевые солиполигидроксикарбоновых кислот и полиатомные спирты), а также другие добавки или их смеси.
Возможно использовать цемент различных марок, например: М200 -М600, цементы, в частности соответствующие ГОСТ 10178-85, ГОСТ 31108-2003, цементы различных типов, например: портландцемент, белый цемент, быстротвердеющий цемент, водонепроницаемый расширяющийся цемент, гидрофобный цемент, глиноземистый цемент, карбонатный цемент, магнезиальный цемент, напрягающий цемент, песчанистый цемент, пластифицированный цемент, пуццолановый цемент, расширяющийся цемент, сульфатостойкий цемент, шлакопортландцемент.
В качестве заполнителя можно использовать, щебень и гравий фракции 5-20 или 5-40 мм из природных горных пород вулканического происхождения, осадочных пород, магматических, метаморфических, например гранит, диабаз, известняк, доломит, из искусственных материалов, например керамзитовый гравий, металлургический пористый шлаковый щебень, вспученный перлит, аглопорит, песок речной кварцевый фракции 0,1-5 мм, отсев дробления горных пород фракции до 10 мм.
Использование вышеперечисленных компонентов смеси, а именно цемента, в случае необходимости модифицирующей добавки, заполнителя, который содержит, в том числе, отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов и золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов, вступающих совместно при перемешивании в реакцию с водой в цементных системах, в значительной степени изменяет зарядовое состояние цементных частиц, увеличивая интенсивность взаимодействия, изменяя тем самым не только реологическое состояние системы, но также характер и скорость гидратационных процессов. При этом во время приготовления смеси проявляются не только химическая активность компонентов, но и, что неожиданно, возможность встраивания молекул в структуры кристаллогидратных фаз в процессе гидратации в виду использования наполнителей с аналогичными параметрами гидратных фаз цементных систем. Данная возможность позволяет управлять процессом и обеспечить создание необходимых условий для получения высокотехнологичных и удобоукладываемых смесей и формирования плотно упакованной структуры твердения, что в свою очередь позволяет качественно влиять и улучшать такие показатели, как пластичность, удобоукладываемость, а также повысить такие показатели получаемого бетона, как прочность, морозостойкость, долговечность, износостойкость, водонепроницаемость.
Процесс получения бетонной смеси осуществляют перемешиванием вышеуказанных компонентов до получения однородной смеси.
Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами, не ограничивающими такового.
Пример 1.
3
Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент бездобавочный марки ПЦ 400-ДО - 30,0, вода - 9,0, заполнитель - 61,0. Используемый заполнитель содержит, мас.%: отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов - 20,0, золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов - 79,8, песок кварцевый - 0,2. Качественные характеристики полученной смеси приведены в таблице. Бетон, полученный после отверждения указанной бетонной смеси, подвергают испытанию на плотность, прочность по ГОСТу 10180, морозостойкость по ГОСТу 10060.0-10060.4, водонепроницаемость по ГОСТу 12730.5. Показатель плотности составляет 1536 кг/м, показатель прочности составляет 25 МПа, коэффициент морозостойкости F220, коэффициент водонепроницаемости W10.
Пример 2.
3
Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент бездобавочный марки ПЦ 400-ДО - 25,0, модифицирующая добавка - 5,0, вода - 20,0, заполнитель - 50,0. Используемый заполнитель содержит, мас.%: отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов - 1,0, песок кварцевый - 5,0, отсев доломитовый - 50,0, золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов - 44,0. В качестве модифицирующей добавки используют ПФМ-НЛК. Качественные характеристики полученной смеси приведены в таблице. Бетон, полученный после отверждения указанной бетонной смеси, подвергают испытанию на плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Показатель плотности составляет 1636 кг/м, показатель прочности составляет 25 МПа, коэффициент морозостойкости F220, коэффициент водонепроницаемости W12.
Пример 3.
3
Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент бездобавочный марки ПЦ 500-ДО - 28,0, модифицирующая добавка - 0,2, вода - 10,0, заполнитель - 61,8. Используемый при этом заполнитель содержит, мас.%: отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов - 50,0, щебень из гравия фракции 5-20 мм - 22,0, песок кварцевый - 0,2, золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов - 27,8. В качестве модифицирующей добавки используют ГКЖ-11. Качественные характеристики полученной смеси приведены в таблице. Бетон, полученный после отверждения указанной бетонной смеси, подвергают испытанию на плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Показатель плотности составляет 1640 кг/м, показатель прочности составляет 40 МПа, коэффициент морозостойкости F400, коэффициент водонепроницаемости W18.
Пример 4.
3
Бетонная смесь содержит, мас.%: быстротвердеющий портландцемент марки 500 - 9,8, модифицирующая добавка - 15,0, вода - 5,0, заполнитель - 70,2. При этом заполнитель содержит, мас.%: золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов - 20,0, отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов - 36,0, щебень доломитовый фракция 5-20 мм - 15,0, отсев после дробления известняка -15,0, песок кварцевый - 14,0. В качестве модифицирующей добавки используют смесь добавок Алпласт и Семпласт-Крио. Качественные характеристики полученной смеси приведены в таблице. Бетон, полученный после отверждения указанной бетонной смеси, подвергают испытанию на плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Показатель плотности составляет 1676 кг/м, показатель прочности составляет 35 МПа, коэффициент морозостойкости F300, коэффициент водонепроницаемости W16.
Пример 5.
3
Бетонная смесь содержит, мас.%: шлакопортландцемент, портландцемент ШПЦ 500-ДО - 15,0, вода - 5,0, модифицирующая добавка - 0,5, заполнитель - 79,5. При этом заполнитель содержит, мас.%: золошлаковые отходы от сжигания твердых бытовых отходов - 30,0, отходы газоочистки от сжигания твердых бытовых отходов - 25,0, щебень гранитный фракции 20-40 мм - 39,0, песок кварцевый - 6,0. В качестве модифицирующей добавки используют комплексную минерально-химическую добавку "БИО-НМ" для стабилизации цементной системы. Качественные характеристики полученной смеси приведены в таблице. Бетон, полученный после отверждения указанной бетонной смеси, подвергают испытанию на плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Показатель плотности составляет 2000 кг/м, показатель прочности составляет 60 МПа, коэффициент морозостойкости F400, коэффициент водонепроницаемости W19.
Из таблицы следует, что бетонная смесь согласно изобретению обладает повышенным качеством, в частности улучшенными показателями удобоукладываемости пластичной бетонной смеси, мерой которой является ее подвижность, определяемая по осадке стандартного бетонного конуса или по расплыву конуса, повышенной водоудерживающей способностью - пониженной седиментацией, что приводит к увеличению продолжительности сроков перевозки, при которых смесь не расслаивается и сохраняет потребительские свойства. Вследствие молекулярной реакции между водой и компонентами смеси за счет проникновения в молекулярные решетки и заполнения пространства между инертными материалами полученная смесь характеризуется высокой пластичностью, что приводит к улучшению качества бетона (заполняются все неровности, нет образования воздушных пазух, каверн), в частности повышаются прочность (до 60 МПа), морозостойкость (до 400 ед.), водонепроницаемость (до 19 ед.) и, следовательно, долговечность бетона.
Бетонная смесь, содержащая вышеуказанные компоненты в оговоренных количествах, обладает качественными характеристиками, аналогичными бетонной смеси по примерам 1-5. Бетонная смесь, содержащая вышеуказанные компоненты в количествах, выходящих за рамки оговоренных значений, не обладает необходимыми эксплуатационными характеристиками.
Таким образом, описываемая бетонная смесь обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющими получить бетон, характеризующийся пониженной плотностью, повышенными показателями прочности, морозостойкости, водонепроницаемости. Кроме того, утилизация используемых в бетонной смеси согласно изобретению отходов способствует решению одной из наиболее острых проблем защиты окружающей среды - утилизации токсичных отходов от сжигания ТБО.