ЛЕГКИЙ ФИБРОБЕТОН НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
LIGHTWEIGHT FIBER-REINFORCED CONCRETE BASED ON INDUSTRIAL WASTE

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к легким фибробетонам на основе отходов промышленности, и может быть использовано для изготовления сборных и монолитных железобетонных изделий.
Известен легкий бетон с использованием необожженных доломитовых отходов и щебня пеностекла по патенту №2616307 С1, МПК С04В 38/08, опубл. 14.04.2017, полученный при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 25,5-26,5, песок 56-58, щебень пеностекла 5,6-8,6, отходы доломита 10-14 (от мас. цемента), вода - остальное. Класс бетона по прочности на сжатие В 2,5.
Недостатком данного бетона является небольшая прочность при сжатии, а также использование стандартных технологий изготовления, что приводит к низкой производительности и получению бетона только для использования в ограждающих конструкциях.
Наиболее близким к заявленному изобретению является легкий фибробетон по патенту № 2502709 С2, МПК С04В 38/08, опубл. 27.12.2013, приготовленный из смеси, включающей, об.%: портландцемент 10,0-22,0, гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 40,0-70,0, микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде 0,5-3,0, суперпластификатор 4 поколения 0,1-0,3 % от массы вяжущего, фиброволокно 0,5-4,0г на 1 литр готовой смеси, вода - остальное. Данный фибробетон выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком фибробетона прототипа является недостаточная механическая прочность для изготовления несущих изделий, и малое количество отходов, использованных в его составе.
Техническим результатом изобретения является создание легкого фибробетона на основе отходов промышленности с повышенной механической прочностью, с сниженной стоимостью, а также с повышенной производительностью технологии изготовления легких бетонных изделий с фибрами, и с возможностью утилизации отходов промышленности за счет использования в составе отходов промышленности.
Поставленный технический результат достигнут путем создания легкого фибробетона на основе отходов промышленности, приготовленный из смеси, содержащей портландцемент в качестве вяжущего вещества, песок, фибру и воду, отличающийся тем, что смесь содержит речной песок с модулем крупности 1,4-1,6 и шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7 - регенерат, в качестве фибры содержит модифицированную в растворе воды и жидкого стекла или в растворе воды, жидкого стекла и гашеной извести фибру на основе текстильных отходов, и дополнительно она содержит комплексный порообразователь, включающий пыль газоочистки металлургического завода, содержащую оксид алюминия, жидкое мыло и воду, при следующем соотношении компонентов, об.%:
портландцемент
37
речной песок с модулем крупности 1,4-1,6
24,75
регенерат – шлаковый песок с модулем крупности 0,6-0,7
7,75
модифицированная фибра на основе текстильных отходов
1,2
указанный комплексный порообразователь
29,3
В предпочтительном варианте осуществления легкий фибробетон содержит до 30% отходов промышленности.
В предпочтительном варианте осуществления укладку бетона производят методом мокрого торкретирования.
В отличие от описанных выше аналога и прототипа, повышение производительности и механической прочности в заявленном изобретении достигается за счет использования современных технологических операций, а также за счет добавления в состав фибробетона отходов промышленности с соответствующей обработкой. Доля отходов, применяемая в заявленном легком фибробетоне, повышает эффективность утилизации отходов на территории Саратовской области, а также сокращает себестоимость изготовляемых железобетонных изделий на основе заявленного легкого фибробетона.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Табл. 1. Химический состав отходов металлургического завода Балаково Центролит, а именно регенерата (шлакового песка) с модулем крупности 0,6-0,7 по ГОСТ 8735-88, выполненного согласно изобретению.
Химический состав, %
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
ZrO<sub>2</sub>
CaO<sub>2</sub>
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
MnO
SiO<sub>2</sub>
0,3
0,13
0,10
0,07
0,18
0,004
0,01
99,2
Табл. 2. Химический состав пыли газоочистки завода Балаково Центролит, выполненной согласно изобретению.
Материал
Химический состав, %
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
ZrO<sub>2</sub>
CaO<sub>2</sub>
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
MnO
SiO<sub>2</sub>
Пыль
Газообразователь
0,4
2,9
-
0,04
9,3
0,4
0,03
82,5
Технический результат заявленного изобретения, повышение механической прочности легкого фибробетона и снижение его стоимости, достигается следующим образом:
- за счет использования в качестве наполнителя отходов, а именно регенерата, металлургического завода Балаково Центролит;
- за счет использования в качестве фибры текстильных отходов;
- за счет использования в качестве порообразователя комплексного состава на основе пыли газоочистки металлургического завода Балаково-Центролит.
Используют в качестве наполнителя отходы металлургического завода Балаково Центролит, а именно регенерат (шлаковый песок) с модулем крупности 0,6-0,7 по ГОСТ 8735-88, химический состав и характеристики которого приведены в Табл. 1;
Используют в качестве фибры текстильные отходы. Текстильные отходы производства и потребления, относящиеся к IV и V классам опасности, и состоящие из химических, хлопковых и смешанных волокон, из-за отсутствия оборудования на предприятиях не могут быть переработаны, и просто выбрасываются на свалки.
К текстильным отходам относятся отходы тканевых фабрик в виде обрезков материалов, отходы чулочно-носочных капроновых изделий и путанки из синтетических волокон от производства полипропиленовых изделий.
В качестве фибры для компонентов легких бетонов используют отходы тканей, отходы чулочно-носочных капроновых изделий и отходы от изготовления полипропиленовых изделий.
Использование любых текстильных отходов подразумевает их предварительную подготовку и разрыхление, объем подготовительных работ зависит от их состава, вида, места образования в технологическом процессе и степени загрязнения отходов посторонними включениями.
Для обеспечения необходимого сцепления фибры из вышеуказанных отходов с матрицей бетона проводят предварительную модификацию их в растворе воды и жидкого стекла и/или в растворе воды, жидкого стекла, гашеной извести. Длина волокон составляла 4, 6, 12 мм.
Используют в качестве порообразователя комплексный состав на основе пыли газоочистки металлургического завода Балаково-Центролит. Комплексный порообразователь совмещает пыль (содержащую оксид алюминия в качестве газообразователя Табл. 2), жидкое мыло (пенообразователь) и воду.
Заявленное изобретение позволяет повысить производительность технологии изготовления легких бетонных изделий с фибрами.
В качестве технологии укладки легкого фибробетона применяют технологию мокрого торкретирования.
Смесь легкого фибробетона для приготовления исследуемых образцов бетона изготавливают с применением следующих компонентов, выпускаемых промышленностью:
3
2
3
4
- Вяжущее вещество - портландцемент М400 Вольского завода ООО «Хольсим» ЦЕМ II/А-К(Ш-П) 32.5Б по ГОСТ 31108-2016 «Межгосударственный стандарт. Цементы общестроительные. Технические условия», минералогический состав: cS-73%; cS-9,8%; cA-5,7%; cAF-11%; СаOсв-0,5 %.
- Песок речной – по ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний (с Изменениями N 1, 2, с Поправкой)».
- Регенерат (шлаковый песок) – по ГОСТ 8735-88.
Комплексный порообразователь совмещает в себе пыль (содержащую оксид алюминия в качестве газообразователя), жидкое мыло (пенообразователь) и воду.
Экспериментальную проверку фибробетона заявленного состава проводили на базе Балаковского инженерно-технологического института (филиал) НИЯУ МИФИ в лаборатории «Эксплуатационная надежность строительных материалов и конструкций в январе 2021 года. Для этого изготавливали образцы в виде кубов и призм с различными пропорциями компонентов.
Образцы изготавливали следующим образом.
Предварительно в сухом состоянии смешивали такие компоненты как портландцемент, песок, регенерат. Далее в отдельной емкости в соответствующем модифицирующем составе выдерживали фибру в течении пятнадцати минут. В отдельной емкости готовили комплексный порообразователь на основе пыли газоочистки, жидкого мыла и воды. Для смешивания компонентов применяли бетоносмеситель принудительного действия. Перемешивание сухой смеси осуществляли в течение двух минут. В сухую смесь добавляли воду (производили перемешивание в течении трех минут), затем модифицированную фибру (производили перемешивание в течении трех минут), затем порообразователь (производили перемешивание в течении пяти минут). Далее готовую смесь укладывали в пневмоковш и наносили под давлением в пять ат. методом мокрого торкретирования в формы.
Применение регенерата позволяет сократить сроки схватывания в два раза и не использовать пластифицирующие добавки, что приводит к снижению стоимости легкого фибробетона. Применение метода торкретирования по сравнению с традиционным виброуплотнением позволяет получить прирост прочности на сжатие до 20%, а введение регенерата и модифицированной фибры в смесь легкого фибробетона – на 35% по отношению у указанным легким бетонам.
Испытания показали следующее.
3
По объемной массе заявленный легкий фибробетон имеет плотность от 1700-1800 кг/ми относится к классу легких.
3
Близкую плотность до 1800 кг/м имеют керамзитобетон, перлитовый бетон.
Морозостойкость - F200, что означает количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать заявленный бетон.
Средняя прочность при сжатии – 18,55 МПа (класс бетона В 25).
Результаты лабораторных испытаний показали, что заявленный легкий фибробетон обладает высокой механической прочностью, повышение производительности технологии происходит за счет формования легкого фибробетона методом торкретирования, состав смеси включает в себя до 30% отходов промышленных производств, что приводит к их снижению накопления их на территории завода Балаково Центролит. Заявленный легкий фибробетон может быть использован для изготовления сборных и монолитных железобетонных изделий.
Хотя описанный выше вариант выполнения заявленного изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.