БЕТОННАЯ СМЕСЬ
CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству легкого бетона для малоэтажного строительства.
Известна сырьевая смесь для изготовления легкого бетона (Патент №2379265, МПК C04B 38/08, опубл. 20.01.2010), содержащая, мас.%: цемент 21,0-23,0; керамзит 26,0-28,0; вода 14,0-18,0; шунгитовая пыль 31,0-39,0.
Недостатком данной смеси является малая прочность.
Известна бетонная смесь (Патент №2449971, МПК C04B 38/08, опубл. 10.05.2012), содержащая, мас.%: портландцемент 23,0-25,0; керамзит фракции 10-20 мм 4,5-5,5; керамзитовый песок 20,0-23,0; омыленная канифоль 0,001-0,0012; шамот молотый 13,0-18,0; вода - остальное.
Недостатком данной смеси является недостаточная прочность, повышенная плотность, сниженные теплотехнические свойства.
Наиболее близким к изобретению является бетонная смесь для производства стеновых блоков для малоэтажного строительства (Патент №2440943, МПК C04B 28/04, C04B 111/20, опубл. 27.01.2012), состоящая, мас.%: портландцемент 21,0-24,0; керамзитовый гравий 27,0-31,0; керамзитовый песок 5,0-7,0; вспученный перлитовый песок 5,0-7,0; омыленная канифоль 0,001-0,0012; суперпластификатор С-3 0,9-1,3; молотое стекло 18,0-20,0; вода - остальное.
Недостатком данной бетонной смеси является пониженная прочность, повышенная плотность и сниженные теплотехнические свойства.
Технический результат заключается в получении бетона с повышенной прочностью и сниженной плотностью.
Технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, керамзит, суперпластификатор ЛСТМ, воду, согласно изобретению дополнительно содержит золу-унос ТЭЦ, газообразующую добавку ПАК-3 и железосодержащий шлам, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
портландцемент 18,87-21,34;
керамзит 41,13-41,56;
суперпластификатор ЛСТМ 0,0312;
зола-унос ТЭЦ 13,92-18,87;
газообразующая добавка ПАК-3 0,022-0,025;
железосодержащий шлам - 0,10-0,50;
вода остальное.
2
3
3
Зола-унос ТЭЦ представляет собой тонкодисперсный порошок с тонкостью помола 2500-3000 см/г, насыпной плотностью 780 кг/м, истинной плотностью 2300 кг/м, влажностью 17%, потерями при прокаливании 4,8%.
Зерновой состав золы-унос ТЭЦ мокрого удаления представлен в таблице 1.
Таблица 1
Зерновой состав золы-унос ТЭЦ.
Размер отверстий сит, мм
Частные остатки на ситах, %
Полные остатки на ситах, %
2,5
3,14
3,14
1,25
1,57
4,71
0,63
1,57
6,28
0,315
1,05
7,33
0,16
20,4
27,73
менее 0,16
72,25
99,98
кр
Модуль крупности золы-унос ТЭЦ-М=0,48.
Химический состав золы-унос ТЭЦ представлен в таблице 2.
Таблица 2
Химический состав золы-унос ТЭЦ.
Наименование электростанции
SiO<sub>2</sub>
A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
FeO
MgO
K<sub>2</sub>O
SO<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+FeO
Кемеровская ГРЭС
49,1
18,6
12,8
5,7
1,5
2,0
0,2
1,05
67,7
Зола-унос ТЭЦ в бетонной смеси выполняет роль мелкого заполнителя и заполняет пустотность керамзита. Сферолиты золы-унос ТЭЦ создают дополнительную закрытую пористость мелкого заполнителя, снижая в целом открытую пористость структуры искусственного строительного конгломерата. Пониженная открытая пористость приводит к понижению водопоглощения материала и к повышению прочности искусственного конгломерата.
Суперпластификатор ЛСТМ представляет собой продукт переработки древесины на целлюлозу сульфитным способом и водорастворимой карбидной смолы. Густая вязкая темно-коричневая жидкость хорошо растворяется в воде. Введение суперпластификатора снижает водопотребность смеси примерно на 15% и способствует повышению прочности бетона.
Добавка ПАК-3 - пудра алюминиевая контактная - представляет собой серебристый тонкодисперсный порошок. Он растворим в кислотах и растворах щелочей. Вводится в бетонную смесь в виде взвеси в воде требуемой для затворения бетонной смеси.
Введение в состав бетонной смеси газообразующей добавки ПАК-3 приводит к взаимодействию алюминиевой пудры с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации трехкальциевого силиката. В результате протекания реакции выделяется водород, который поризует матрицу и снижает плотность бетонной смеси. При этом образуются поры оптимальной структуры, которые равномерно распределяются по матрице бетонной смеси в виде полидисперсных по размеру, замкнутых, деформированных в правильные многогранники с глянцевой поверхностью припорового слоя. Поры разделены между собой тонкими, но плотными, прочными и одинаковыми по сечению межпоровыми перегородками (Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие / Л.И. Касторных. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2007).
2
3
3
Железосодержащий шлам - отход химического производства -  представляет собой тонкодисперсный порошок черного цвета с удельной поверхностью 3000-3500 см/г, истинной плотностью 2530-2600 кг/см, средней плотностью 2300-2500 кг/м. Железосодержащий шлам содержит триоксида железа 73,0-75,0%, оксида железа 17,0-17,2%, оксида алюминия 9,8-10,0%, нерастворимого остатка 4,7%, прокаленного остатка 80,2%, pН водной вытяжки 5,0-6,0.
Введение железосодержащего шлама способствует интенсивному процессу гидратации портландцемента, особенно в начальные сроки твердения. Железосодержащий шлам, благодаря его высокой удельной поверхности, распределяется по твердой фазе бетона и способствует хемосорбционному взаимодействию с цементным тестом. При этом образуются новые химические соединения, которые очень прочно удерживаются и на поверхности цементного камня, и на поверхности золы-унос ТЭЦ. Кроме того, образование новых комплексных гидратных соединений способствует упрочнению межпоровых перегородок в структуре бетона, что также способствует повышению его прочности.
Приготовление испытуемых составов осуществляли в бетоносмесителе принудительного действия. Керамзит дозировали по массе и высыпали в смеситель, куда заливали 30% воды, требуемой для затворения бетонной смеси, и перемешивали в течение 120 секунд.
Затем в смеситель дозировали портландцемент, золу-унос ТЭЦ. В воду затворения вводили суперпластификатор ЛСТМ, газообразующую добавку ПАК-3 и железосодержащий шлам. Далее остальную воду, требуемую для затворения бетонной смеси, с добавками выливали в смеситель, и смесь перемешивали в течение 210 секунд. Из готовой смеси формировали образцы, которые твердели 28 суток.
Составы бетонной смеси приведены в таблице 3.
Таблица 3
Составы бетонной смеси.
Компоненты
Содержание, мас.%
Состав №1
Состав №2
Состав №3
Портландцемент
21,34
19,14
18,87
Керамзит
41,56
41,50
41,13
Зола-унос ТЭЦ
13,92
16,70
18,87
Суперпластификатор ЛСТМ
0,0312
0,0312
0,0312
Газообразующая добавка ПАК-3
0,022
0,023
0,025
Железосодержащий шлам
0,10
0,25
0,50
Вода
остальное
остальное
остальное
Прочность бетона при сжатии, МПа
не менее 7,0
не менее 7,0
не менее 7,0
Прототип Прочность бетона при сжатии, МПа
не менее 3,0
не менее 3,0
не менее 3,0
Таким образом, введение в состав бетонной смеси золы-унос ТЭЦ приводит к оптимизации порового пространства бетона, снижению открытой межзерновой пустотности в структуре бетона, при этом отсутствие крупных капиллярных пор приводит к повышению прочности бетона.
Введение добавки ПАК-3 поризует цементную матрицу, в которой появляются мелкие округлые замкнутые поры, практически не влияющие на прочность бетона, но значительно снижающие его плотность и повышающие теплоизоляционные свойства бетона.
Использование в составе бетонной смеси железосодержащего шлама приводит к повышению прочности цементной матрицы из-за хемосорбционного взаимодействия железосодержащего шлама с поверхностью керамзита, портландцемента и золы-унос ТЭЦ. Образующиеся новые комплексные гидратные соединения способствуют более раннему образованию продуктов гидратации в кристаллической форме, что ведет к повышению прочности системы, особенно в ранние сроки твердения.
Катион железа, присутствующий в железосодержащем шламе, относится к многовалентным переходным металлам, и он способствует протеканию окислительно-восстановительных процессов в твердеющей цементной матрице бетонной смеси, интенсифицирует процесс гидратации портландцемента, при этом образуется большое количество новых гидратных соединений, что способствует значительному повышению прочности бетона.