композиционный строительный материал

Формула изобретения

Композиционный строительный материал, включающий: портландцемент М400 в качестве вяжущего, в качестве заполнителя - измельченную отработанную формовочную смесь (ОФС) с оптимально подобранным фракционным составом (фракция 2,5 мм - 77%, фракция 1,25-0,63 мм - 5%, фракция 0,315-0,14 мм - 18%), воду, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификатор С-3; в качестве высокоактивной минеральной добавки - микрокремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент М400	13,5-22,7
Измельченная ОФС	66,6-81,0
Вода	5,4-13,3
Суперпластификатор С-3, % от массы цемента	0-3
Микрокремнезем, % от массы цемента	10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для производства стеновых блоков с классом прочности от В2,5 доВ7,5.

Большим преимуществом разработанного композиционного строительного материала (КСМ) является возможность использования в качестве заполнителя измельченной отработанной формовочной смеси (ОФС), что позволяет рационально использовать этот вид промышленного отхода при изготовлении экологически безопасного строительного материала. При изготовлении КСМ возможно достичь не только увеличения прочностных характеристик до 67% по сравнению со строительным материалом, где используется в качестве заполнителя кварцевый песок (равная себестоимость изготовления), но и добиться экономии цемента до 30% при уменьшении прочностные показателей КСМ до рядовых, что позволит снизить себестоимость изготовления КСМ.

Недостатком данного материала является включение в технологический процесс его изготовления дополнительных стадий: измельчение и рассев ОФС по фракциям.

Наиболее близким к изобретению является строительный материал для изготовления железобетонных изделий с применением отходов формовочной земли с полной или частичной заменой кварцевого песка на формовочную землю от 1:0,5 до 1:1 [1].

Недостатками данного материала являются: включение в технологический процесс изготовления дополнительной стадии (измельчение отходов формовочной земли), небольшое увеличение прочности, до 20% по сравнению с эталоном (композиционный материал без использования отходов формовочной земли в заполнителе).

Цель изобретения - создание дешевого КСМ с использованием измельченной ОФС, обладающего высокими физико-механическими характеристиками.

Компоненты КСМ

1. Вяжущее - портландцемент М400 (ГОСТ 10178-85).

2. Заполнитель - измельченная ОФС сталеплавильного производства города Тамбова с прерывистым фракционным составом (2,5 мм; 1,25-0,63 мм; 0,315-0,14 мм).

Этот вид отхода представляет собой обломки неправильной формы размерами до 10-12 см и состоит из вяжущего и заполнителя (роль вяжущего выполняет Этилсиликат-40; заполнитель представлен кварцевым песком с фракциями в диапазоне от 0,063 до 1 мм). Важным моментом при разделении измельченной ОФС на фракции является исключение фракции меньше 0,14 мм, так как наличие мелких частиц значительно увеличивает водопотребность смеси и отрицательно влияет на физико-механические свойства получаемых КМС.

3. Вода (ГОСТ 23732-79).

4. Пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 (ТУ 5745-004-43184789-05).

5. Высокоактивная минеральная добавка - микрокремнезем (ТУ 5743-048-02495332-96).

Поставленная цель достигается тем, что заполнитель КСМ имеет оптимально подобранный фракционный состав (фракция 2,5 мм - 77%; фракция 1,25-0,63 мм - 5%; фракция 0,315-0,14 мм - 18%), также состав компонентов, мас.%: портландцемент М400 13,5-22,7; измельченная ОФС 66,6-81,0; вода 5,4-13,3; суперпластификатор С-3, % от массы цемента, 0-3; микрокремнезем, % от массы цемента, 10.

Процесс изготовления КСМ: цемент и измельченная ОФС с оптимально подобранным фракционным составом перемешиваются на сухую в течение 1 минуты, после чего в полученную сухую смесь добавляется 30-процентная водная суспензия микрокремнезема с добавлением суперпластификатора С-3 и оставшаяся часть воды; перемешивание осуществляется в смесителе принудительного действия в течение 4 минут. Формование изделий из полученной смеси КСМ можно осуществлять на любом вибростанке для изготовления стеновых блоков.

Состав 1. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%:

портландцемент М400 22,2; измельченная ОФС 66,6; вода 13,3; суперпластификатор С-3, % от массы цемента, 0; микрокремнезем, % от массы цемента, 10.

Состав 2. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%: портландцемент М400 22,7; измельченная ОФС 68,1; вода 9; суперпластификатор С-3, % от массы цемента, 3; микрокремнезем, % от массы цемента, 10.

Для образцов КСМ с различными составами были определены следующие физико-механические характеристики: прочность на одноосное сжатие и прочность на растяжение на изгиб (ГОСТ 10180-90), средняя плотность (ГОСТ 12730.1-78), водопоглощение (ГОСТ 12730.3-78), теплопроводность (ГОСТ Р 8.621-2006), морозостойкость (ГОСТ 10060.0-95).

Были получены следующие результаты:

Состав 1. Прочность на сжатие, R_сж = 8,5 МПа; прочность на растяжение на изгиб, R_изг = 3,5MПa; средняя плотность, =1540 кг/м³; водопоглощение, = 11,3% мас.; коэффициент теплопроводности, =0,55 Вт/м°С; марка по морозостойкости, F75.

Состав 2. Прочность на сжатие, R_сж=11,7 МПа; прочность на растяжение на изгиб, R_изг=4,2MПa; средняя плотность, =1650 кг /м³; водопоглощение, =2,8% мас.; коэффициент теплопроводности, =0,59 Вт/м°С; марка по морозостойкости, F150.

Для сопоставления полученных результатов был изготовлен эталон со следующим составом:

Эталон 1. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас.%:

портландцемент М400 22,2; кварцевый песок (модуль крупности М_к=1,77) 66,6; вода 13,3.

Результаты испытаний показали, что при замене в заполнителе кварцевого песка на измельченную ОФС с оптимально подобранным фракционным составом прочность на одноосное сжатие возрастает у состава 1 и состава 2 по сравнению с эталоном 1 на 21% и 67% соответственно; прочность на растяжение на изгиб увеличивается в 2,05 и 2,47 раза соответственно.

Увеличение прочностных характеристик объясняется оптимально подобранным фракционным составом заполнителя, использованием в качестве добавок микрокремнезема и суперпластификатора С-3 - все это способствует созданию более плотной структуры КСМ.

Также на увеличение прочностных характеристик оказывает влияние вид заполнителя: частицы измельченной ОФС обладают увеличенной площадью взаимодействия по сравнению с кварцевым песком, что способствует упрочнению границы сцепления вяжущего и заполнителя. Такое увеличение площади взаимодействия объясняется тем, что ОФС состоит из песка с фракционным составом от 0,063 до 1 мм, скрепленным Этилсиликат-40, тем самым поверхность измельченной ОФС будет более шероховатой, чем у аналогичной по размеру частицы кварцевого песка.

Снижение водопоглощения у состава 1 по сравнению с эталоном 1 составляет 13%, у состава 2 - в 4,5 раза. Такое снижение объясняется достижением более плотной структуры, которая способствует снижению капиллярной пористости.

Увеличение марки по морозостойкости происходит только у состава 2 по сравнению с эталоном 1 с марки F75 до F150. Это связано с тем, что морозостойкость напрямую зависит от водопоглощения, т.е. чем меньше количество расширяющейся воды в порах при замерзании, тем больше количество циклов замораживания-оттаивания выдержит материал.

Остальные физико-механические характеристики (коэффициент теплопроводности и средняя плотность) КСМ изменяются незначительно по сравнению с эталоном 1.

Список литературы

1. Код ГРНТИ: 670991. Отходы формовочной земли в производстве железобетонных изделий. 16.03.2004.