СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗОЛЬНЫХ БЕТОНОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
RAW MIXTURE USED FOR PRODUCING ASH CONCRETES, AND PREPARATION METHOD THEREOF (VERSIONS)

Изобретение относится к промышленности производства строительных материалов, в частности может быть использовано для производства стеновых блоков, и позволяют эффективно применять многотоннажные отходы ТЭЦ.
Известны сырьевые смеси для получения зольных бетонов, включающие портландцемент, золы, шлаки и золошлаковые смеси [Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М., Высшая школа, 1990, с.34].
Недостатками таких сырьевых смесей является ограниченное использование бетона, полученного на их основе, вследствие его невысокой прочности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сырьевая смесь, влючающая отвальную золошлаковую смесь, полученную от сжигания бурого канско-ачинского угля на ТЭЦ-7 г.Братска и жидкое стекло из микрокремнезема [Патент RU 2138455, МПК 7 С04В 7/26, 02.04.1998 г.].
Недостатком этой сырьевой смеси является то, что бетон, полученный на ее основе, обладает недостаточной прочностью и потому имеет ограниченное применение.
Задачей изобретения является расширение области применения бетона на основе золы гидроудаления путем повышения его прочности.
Технический результат - повышение прочности бетона на основе предлагаемой сырьевой смеси и, таким образом, расширение области применения такого бетона.
3
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что сырьевая смесь для получения зольных бетонов включает золу ТЭЦ, жидкое стекло из микрокремнезема плотностью 1,38 г/сми песок, при этом сырьевая смесь содержит золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5, полученную при сжигании экибастузского угля, песок речной и дополнительно - портландцемент М400 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент М400
24,1-24,15
Речной песок
73,0-73,07
Жидкое стекло из микрокремнезема
1,5-1,52 от массы цемента
Зола гидроудаления ТЭЦ
9,8-10,0 от массы цемента
Вода до В/Ц
0,5.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая сырьевая смесь отличается тем, что содержит золу гидроудаления Омской ТЭЦ-5, полученную при сжигании экибастузского угля, песок речной и дополнительно - портландцемент М400 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент М400
24,1-24,15
Речной песок
73,0-73,07
Жидкое стекло из микрокремнезема
1,5-1,52 от массы цемента
Зола гидроудаления ТЭЦ
9,8-10,0 от массы цемента
Вода до В/Ц
0,5.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «НОВИЗНА».
Сравнение заявляемой сырьевой смеси с другими техническими решениями показывает, что известна сырьевая смесь для получения бетонов, включающая цемент, золу гидроудаления, алюминиевую пудру, сульфат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
25,6-32,8
Зола гидроудаления ТЭЦ
32,7-41,0
Алюминиевая пудра
0,10-0,26
Сульфат натрия
0,51-0,66
Вода затворения
остальное
[Патент RU 2168485, МПК7 С04В 38/02, 31.01.2000 г.]
Однако бетон, полученный на основе такой сырьевой смеси, имеет ограниченное применение из-за его недостаточной прочности, тогда как заявляемая сырьевая смесь обеспечивает бетону, полученному на его основе, более высокую прочность и позволяет расширить область его применения. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
Известен также способ приготовления сырьевой смеси для получения зольных бетонов, включающий приготовление сырьевой смеси, состоящей из цемента, золы гидроудаления ТЭЦ, щелочной добавки и ускорителя твердения, добавки газообразователя - алюминиевой пудры, воды затворения, при этом в качестве ускорителя твердения используют сульфат натрия. Золу гидроудаления ТЭЦ предварительно активируют в процессе помола всех сухих компонентов сырьевой смеси в течение 20-40 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
25,6-32,8
Зола гидроудаления ТЭЦ
32,7-41,0
Алюминиевая пудра
0,10-0,26
Сульфат натрия
0,51-0,66
Вода затворения
остальное
[Патент RU 2168485, МПК7 С04В 38/02, 31.01.2000 г.]
Недостатком такого способа является ограниченное использование бетона, полученного на основе предлагаемой смеси из-за его недостаточной прочности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления сырьевой смеси для получения зольных бетонов, характеризующийся тем, что к золошлаковой смеси добавляют золу уноса, перемешивают в течение 1-2 мин, затем смесь сухих компонентов затворяют жидким стеклом из микрокремнезема с силикатным модулем n=1 и плотностью
3
ρ=1,39-1,41 г/см и перемешивают в бетоносмесителе принудительного действия в течение 1-2 мин. [Патент RU 2253634, МПК 7 С04В 28/28, 26.01.2004 г.]
Недостатком такого способа является ограниченное использование бетона, полученного на основе предлагаемой смеси, вследствие его недостаточной прочности.
Задачей изобретения является расширение области применения бетона на основе золы гидроудаления.
Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается тем, что указанную золу гидроудаления после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов, перемешивают указанное жидкое стекло с водой, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
По другому способу приготовления предложенной сырьевой смеси указанную золу гидроудаления после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов совместно с указанным жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул и портландцементом М400 (цементом), перемешивают указанное жидкое стекло с водой, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
Пример осуществления изобретения
2
3
2
2
Золу отбирают с золоотвала ТЭЦ-5, высушивают при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы, затем размалывают в шаровой мельнице в течение 1,5 часов до удельной поверхности 2438 см/г, перемешивают указанное жидкое стекло из микрокремнезема (NaO·SiO в жидком состоянии, с силикатным модулем n=1 и плотностью ρ=1,38 г/см) с водой затворения до его полного растворения, затем осуществляют перемешивание всех компонентов в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут (состав см. ниже).
Кроме того, указанную золу гидроудаления ТЭЦ (9,99% от массы цемента) после высушивания при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы подвергают помолу в шаровой мельнице в течение 1,5 часов с указанным жидким стеклом в сухом состоянии в виде гранул (1,52% от массы цемента), портландцементом М400 (24,15%), затем осуществляют перемешивание полученной смеси с речным песком (73,07%) и водой (В/Ц 0,5) в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2-3 минут.
Свойства золы гидроудаления представлены в таблицах 1-3.
Таблица 1
Средний химический состав используемой низкокальциевой золы, получаемой при сжигании экибастузского угля
Окислы, %
TiO<sub>2</sub>
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
MgO
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
1,38
52,96
30,29
4,16
1,75
1,50
0,45
0,50
0,37
Таблица 2
Гранулометрический состав отвальной золы
Размер отверстий сит, мм
0,63
0,315
0,14
Поддон 1
Частный остаток, %
0,088
2,861
56,025
41,025
Полный остаток, %
0,088
2,950
58,975
100
Таблица 3
Свойства золы гидроудаления
Влажность, %
Насыпная плотность, кг/м<sup>3</sup>
ППП, %
0,5
610
5,5
2
Зола отбиралась с золоотвала ТЭЦ, затем высушивалась при температуре 105°С в течение 3-х часов до постоянной массы и проходила помол в шаровой мельнице от 1,5 до 6 часов до удельной поверхности 2438-7644 см/г. Прочностные и деформативные свойства зольного вяжущего изучались на образцах-балочках размером 4×4×16 см, после их твердения - в ваннах с гидравлическим затвором при комнатной температуре (t=20±2°C).
Предлагаемые составы и результаты испытаний приведены в табл.4.
Таблица 4
Составы и свойства бетонов
Время помола, час
Удельная поверхность золы гидроудаления
Предел прочности при сжатии с различным содержанием золы, МПа
10% золы
15% золы
20% золы
Образец без содержания золы
7 сут.
28 сут.
7 сут.
28 сут.
7 сут.
28 сут.
7 сут.
28 сут.
-
Эталон
14,7
18,7
-
S<sub>уд</sub>=1728 см<sup>2</sup>/г (немолотая зола)
9,5
16,3
6,5
11,2
4,6
7,9
-
-
1,5
S<sub>уд</sub>=2438 см<sup>2</sup>/г
15,2
19,7
9,3
14,3
8,2
11,3
-
-
3,0
S<sub>уд</sub>=4265 см<sup>2</sup>/г
13,6
17,8
7,6
9,6
12,6
14,0
-
-
4,5
S<sub>уд</sub>=6285 см<sup>2</sup>/г
11,3
13,8
11,2
15,6
10,4
15,2
-
-
6,0
S<sub>уд</sub>=7644 см<sup>2</sup>/г
12,8
18,1
12,1
15,6
9,6
15,0
-
-
2
Оптимальным является состав с использованием золы гидроудаления в количестве 10% с удельной поверхностью 2438 см/г, поскольку именно в этом случае достигается максимальная прочность как на сжатие, так и на изгиб.
При использовании данного состава прочность на сжатие в возрасте 7 суток равна 77% от марочной прочности (19,7 МПа), а прочность в возрасте 14 суток составляет 86% от марочной прочности. Эти значения немного ниже значений, полученных на эталонных образцах (без золы). Там прочность на сжатие в возрасте 7 суток составляла 79% от марочной прочности (18,7 МПа), в возрасте 14 суток - 95% от марочной прочности. Это можно объяснить тем, что зольное вяжущее обладает особенностью более длительного набора прочности по сравнению с цементным. Но в ранние сроки твердения прочность золобетонных образцов, как правило, ниже прочности эталонных, без золы. С течением времени прочность образцов с золой достигает прочности эталонных образцов и даже превышает ее и в дальнейшем прирост прочности продолжается. В начальные сроки твердения сказываются, в основном, физические факторы при вводе золы: уменьшается количество цемента, повышается водоцементное отношение (В/Ц), улучшается гранулометрический состав. В более поздние сроки твердения проявляются пуццолановые свойства золы.
Структура зольного вяжущего длительное время (в течение нескольких лет) остается гелевидной, но не кристаллической. А когда бетон начинает твердеть, поверхность частиц золы покрывается пленкой гидрооксида кальция и между поверхностью частиц золы и пленкой образуется водный промежуток, так называемый граничный слой. В граничном слое постепенно и осаждаются продукты реакции. По мере заполнения граничного слоя продуктами гидратации цемента постепенно образуется прочная связь. Этот процесс длительный, как говорилось выше, может занимать несколько лет. Эта связь обеспечивает прочность контакта, а следовательно, и материала. Именно этим объясняется факт длительного прироста прочности зольного бетона.
Таблица 5
Состав и прочностные характеристики эталонного образца
Цемент, г
500
Песок, г
1500
Вода, мл
225 (В/Ц 0,45)
Прочность на сжатие R<sub>сж</sub>, МПа
7 сут.
14,7
14 сут.
17,7
28 сут.
18,7
Таблица 6
Прочность бетонов по предлагаемому изобретению с применением добавки жидкого стекла
Добавка
Предел прочности при сжатии, МПа
7 сут.
28 сут.
36 сут.
90 сут.
Жидкое стекло, 1,52% от массы цемента
17,0
21,8
23,5
29,4
-
15,2
19,7
21,2
26,3
Необходимо отметить, что физико-механические свойства бетонной смеси и бетона на его основе при применении данной добавки в виде жидкости либо в виде гранул практически одинаковы.