бетонная смесь

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая портландцемент, золу-унос, заполнитель, воду, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя она содержит отвальный металлургический шлак и горелые породы терриконов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент	6-12
Зола-унос	4-6
Отвальный металлургический шлак	35-40
Горелые породы терриконов	35-40
Вода	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве бетонных изделий и изготовлении монолитных конструкций.

Известна бетонная смесь, включающая следующие компоненты из расчета на 1 м ³ смеси, кг: цемент - 250, песок - 850, щебень - 1200, вода - 160 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. Уч. пособие. - М.: Высш. Шк., 1972).

Наличие природного песка и щебня в составе бетонной смеси снижает прочность, морозостойкость бетона за счет присутствия глинистых частиц, которые также повышают водопотребность бетонной смеси, что ведет к усилению усадочных явлений.

Известны также составы бетонных смесей, в которых исключено отрицательное влияние глинистых примесей на свойства бетонных смесей и бетонов - это бетоны, содержащие вторичное сырье промышленных производств, в частности шлаки и золы-уноса взамен традиционных заполнителей (Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М.: Высш. Шк., 1990. - с.34).

Недостатком таких смесей является использование значительного количества дорогостоящего портландцемента.

В качестве прототипа рассмотрим бетонную смесь (Авторское свидетельство СССР №673625 от 07.02.77), обеспечивающую уменьшение расхода цемента и включающую, мас.%: портландцемент 10-18, известняковый заполнитель (отходы известняка-ракушечника) 80-83, золу-унос или зольно-топливный отход 2-7 и воду остальное.

Ее недостаток - пониженная прочность бетона при сжатии и низкая морозостойкость, что объясняется наличием большого количества известняка-ракушечника.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение прочности бетона при пониженном расходе цемента, расширение сырьевой базы и улучшение экологии угледобывающих регионов за счет утилизации промышленных отходов.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого состава бетонной смеси, включающей, мас.%: портландцемент 6-12, зола-унос 4-6, отвальный металлургический шлак 35-40, горелые породы терриконов 35-40, остальное - вода.

Для предлагаемой бетонной смеси в качестве заполнителей используются имеющиеся отвальный металлургический шлак, основными компонентами которого являются оксиды кальция (35-38 мас.%), магния (15-20 мас.%) и горелые породы шахтных терриконов, содержащие также оксиды кальция (1,85 мас.%), магния (2,66 мас.%), натрия (2,1 мас.%), и калия (2,65 мас.%). В качестве мелкого заполнителя используется золы-уноса ТЭС, в состав которых входят оксиды кремния (50 мас.%), кальция (3,6 мас.%), калия (5,1 мас.%), натрия (2,4 мас.%), и железа (4,3 мас.%).

Предлагаемые заполнители являются не только экономически выгодным и доступным сырьем, но и активными компонентами, т.е. при затворении смеси принимают участие в реакциях, способствующих образованию цементного камня, сокращая время набора максимальной прочности бетона. Наличие в предлагаемых заполнителях значительного количества оксидов кальция и магния позволяет снизить количество вводимого в бетонную смесь цемента.

Для приготовления бетонной смеси использовалась зола-унос следующего гранулометрического состава: 0-0,15 мм - 73,9%, 0,15-0,315 мм - 2,4%, 0,315-0,63 мм - 3%, 63-1,25 - 1,8%, 1,25-2,5 мм - 8,6%, 2,5-5 мм - 10%. Объемный вес золы-уноса - 1,3-1,49 г/см³.

Оксидный состав золы-уноса: SiO₂ - 50%, CaO - 3,6%, К₂ О - 5,1%, Al₂О₃ - 22,5%, Fe₂ O₃ - 14,3%, Na₂O - 2,4%, MgO - 0,7%, SO ₃ - 1,5%.

Гранулометрический состав горелых пород шахтных терриконов:

Размер отверстия сита, мм	Остаток на сите, %
50	23,0
40	36,2
30	27,8
20	13,0
менее 20	нет

Оксидный состав горелых пород шахтных терриконов: CuO - 1,85%, MgO - 2,66%, S - 1,20%, SO₃ - 0,12%, Na ₂O - 2,10%, К₂О - 2,15%.

Гранулометрический состав отвальных металлургических шлаков:

Размер отверстия сита, мм	Остаток на сите, %
50	15
40	20
30	40
20 и менее	25

Оксидный состав металлургических шлаков: S - 0,155%, Fe₂O - 10,50%, Fe₂О₃ - 2,21%, Al₂О₃ - 2,49%, Cr₂О₃ - 1,43, Р₂O₅ - 1,03%, SiO₂ - 17,20%, CaO - 35,05%, MgO - 15,12%, MnO - 14,71%.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в компонентах предлагаемой бетонной смеси не представляет опасности и поэтому в соответствии с действующими нормативами радиационной безопасности она может быть использована во всех видах строительства.

Смесь изготавливалась традиционным образом в бетономешалке без предварительной обработки. В таблице 1 приведены четыре состава, выполненные в соответствии с предлагаемым изобретением и контрольные составы с традиционными заполнителями - щебнем и песком.

Как видно из таблиц 1, 2, образцы составов по предлагаемому изобретению, по сравнению с образцами, изготовленными с традиционными заполнителями, обладают значительными преимуществами и обеспечивают:

1. Снижение затрат на производство бетонных изделий за счет использования компонентов из промышленных отходов, в том числе за счет снижения транспортных расходов (сырье местное), и применения упрощенной технологии приготовления бетонной смеси.

2. Уменьшение расхода цемента по сравнению с традиционно используемыми бетонными смесями (таблица 1). Так, например, расход цемента для изготовления бетона марки 100 по предлагаемому изобретению может быть снижен на 35% и более.

3. Повышение прочности на сжатие (таблица 2). Так, например, для бетона марки 100 прочность бетона, изготовленного из предлагаемой смеси, составляет свыше 140 кг/см² .

Таблица 1
Марка бетона	Расход материалов, мас.%
	традиционная бетонная смесь				предлагаемая бетонная смесь
	портландцемент	песок	щебень	вода	портландцемент	зола-унос	горелые породы	отвальные шлаки	вода
100	10,2	26,4	56,6	6,8	6,0	6,0	40,0	40,0	8,0
150	11,3	25,4	56,0	7,3	8,0	5,8	38,8	38,8	8,7
200	12,6	25,0	55,2	7,2	10,0	4,8	37,5	37,5	9,2
250	14.5	23,5	54,7	7,4	12,0	4,0	35,5	35,5	13,0

По каждому из этих составов было изготовлено по три образца в виде куба с ребром 150 мм для проведения испытаний. Образцы предварительно подвергались виброуплотнению в течение 33-45 сек с частой 3000 кол/мин и хранились в нормальных условиях в течение 28 суток.

Результаты испытаний указанных бетонных образцов содержатся в таблице 2, где приведены усредненные значения показателей физико-механических свойств по каждому составу.

Таблица 2
№	Физико-механические свойства	Бетон из традиционной смеси	Бетон из предлагаемой смеси
1	Теплопроводность, Вт/м °С	1,45-1,51	0,35-0,40
2	Объемный вес, кг/м3	2500-2400	2000-2200
3	Морозостойкость, цикл	50	300
4	Прочность на сжатие, кг/см2 (Бетон М200)	200	более 250
5	Увеличение прочности во времени	5-10%	70% и более
8	Наличие трещин	возникают	не проявляются