Бетонна суміш

Изобретение относится к строительным материалам, а частности, к составам для получения легких и тяжелых бетонов и изделий из них. Известна бетонная смесь по авт. св. №1801958, кл. С 04 В 28/04, содержащая портландцемент в количестве 10,1-10,7 мас.%, золу-унос ТЭЦ в количестве 10,7-14,9 мас.%, заполнитель - ваграночный шлак- в количестве 60,9-66,2 мас.%, известьсодержащий отход - отход производства металлургической извести на основе СаО в количестве 3,2-3,4 мас.%, гипс в количестве 1,2-1,5 маc. %, смесь сульфидно-дрожжевой бражки и подмыленного щелока в соотношении 0,5:1,0 в количестве0,1-0,15 мас.% и воду - остальное. Недостатками известного состава являются пониженные эксплуатационные свойства бетона: повышенные водопоглощение, теплопроводность и плотность и пониженная прочность. Кроме того, в смеси в качестве вяжущего используется дефицитный цемент. Известна бетонная смесь [см. ст. С.Хамзина и К.Смаилова "Основные направления реализации отходов производства Казахстана", ж. "Бетон и железобетон", №9,1991, с.25-27], содержащая известьсодержащий компонент в количестве 2,0-2,5 мас.%, гипссодержащие отходы с содержанием CaSO4*2Н2О от 98 до 99% в количестве 0,8-1,0 мас.%, золошлаковую смесь ТЭЦ в количестве 10,9-13,4 мас.%, мелкий заполнитель в количестве 25,0-25,6 мас.%, воду в количестве 7,3-7,9 мас.% и щебень -остальное. Недостатками известной композиции являются повышенные водопоглощение и теплопроводность, высокая плотность бетона и низкая его прочность. Повышенное водопоглощение бетона обусловлено высокой капиллярной пористостью известково-гип-со-шлакового вяжущего и мелкого заполнителя - песка. Низкая прочность бетона, особенно в ранние сроки твердения и после тепловой обработки, объясняется малой скоростью процессов гидратации известково-гипсо-шлакового вяжущего и низкой скоростью взаимодействия гидратированных соединений с мелким и крупным заполнителем. Из-за увеличенного содержания щебня от 50,0 до 54,0 мас.% в составе бетон обладает повышенной плотностью и, как следствие, повышенной теплопроводностью. В основу изобретения поставлена задача создать такую бетонную смесь, в которой новая совокупность ингредиентов и их новое количественное содержание позволили бы уменьшить водопоглощение и плотность, снизить теплопроводность и увеличить прочность бетона. Поставленная задача решается тем, что в бетонной смеси, включающей щебень, воду, золошлаковую смесь ТЭЦ, мелкий заполнитель, известьсодержащий компонент и гипссодержащие отходы, согласно изобретению содержится золoшлаковая смесь ТЭЦ, модифицированная отработанными растворами щелочной очистки отливок плотностью 1250-1370 кг/м 3, гипссодержащие отходы с содержанием CaSO4*2Н2О от 55 до 98%. в качестве мелкого заполнителя - модифицированная концентрированными отработанными травильными растворами отработанная формовочная земля, в качестве известьсодержащего компонента известьсодержащие отходы с содержанием Са(ОН)2 от 45 до 75% и дополнительно сталеплавильные молотые шлаки с основностью 0,9-1,5 и зола-унос ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: В качестве известьсодержащих отходов смесь содержит известьсодержащие отходы водоподготовки ТЭЦ и/или отходы производства силикатного кирпича и/или молотые металлургические шлаки с основностью более 2,5 и/или шлам от производства ацетилена для газовой резки и сварки металла. В качестве гипссодержащих отходов смесь содержит гипссодержащие отходы водоподготовки ТЭЦ и/или шлам нейтрализации отработанных травильных растворов и/или отходы нейтрализации отработанной серной кислоты и/ил фосфогипс. Преимущество заявляемой бетонной смеси заключается в том, что благодаря использованию указанных компонентов в указанных количествах уменьшаются водопоглощение бетона и его теплопроводность, снижается плотность и увеличивается прочность. Это объясняется тем, что входящие в состав известковогипсо-шлакового вяжущего сталеплавильные молотые шлаки, содержащие гидравлически активные оксид кремния и оксид кальция, которые в мелкодисперсном состоянии в присутствии известь- и гипссодержащих компонентов способны образовывать структуры, аналогичные цементному камню, и модифицированная золошлаковая смесь ТЭЦ, обработка которой отработанными растворами щелочной очистки отливок приводит к активации стекловидной фазы в составе золошлаковой смеси, способствуют повышению прочности бетона. Кроме того, использование модифицированной золошлаковой смеси позволило значительно снизить содержание щебня в бетонной смеси, в результате чего уменьшилась плотность бетона и улучшились его теплоизоляционные свойства, Использование модифицированной отработанной формовочной земли позволяет заменить достаточно дефицитный песок отходами. Содержащийся в результате обработки концентрированными отработанными травильными растворами в отработанной формовочной земле сульфат железа способствует ускорению набора прочности бетона в ранние сроки твердения, а также повышению прочности после тепловлажно-стной обработки и через 28 суток твердения. Взаимодействуя с компонентами смеси сульфат железа ускоряет процессы гидратации и взаимодействия между компонентами. Модификация отработанной формовочной земли отработанными травильными растворами способствует активации первой за счет разрушения поверхностных нереакционноспособных керамитизированных пленок. Разрушенные планки способствуют закрытию капилляров бетонной смеси, что, в свою очередь, уменьшает водопоглощение. При этом, поскольку улучшение указанных свойств происходит за счет использования в композиции отходов производства и отработанных продуктов, составляющих 56-80% смеси, существенно снижается стоимость бетонных изделий. Бетонная смесь представляет собой композицию известково-гипсо-шлакового вяжущего, крупного и мелкого заполнителей и воды. Известково-гипсо-шлаковое вяжущее состоит из известьсодержащих и гипссодержащих отходов, золыуноса ТЭЦ, сталеплавильных молотых шлаков с основностью 0,9-1,5 и золошлаковой смеси ТЭЦ, модифицированной отработанными растворами щелочной очистки отливок плотностью 1250-1370 кг/м 3. Известьсодержащие отходы представляют собой порошкообразные продукты с содержанием Са(ОН)2 от 45 до 70%. В качестве известьсодержащих отходов могут быть использованы известьсодержащие отходы водоподготовки ТЭЦ, представляющие собой отход, образующийся в процессе подготовки воды на ТЭЦ, с содержанием Са(ОН)2 от 50 до 70%; отходы производства силикатного кирпича, представляющие собой отход производства извести в известко-вообжиговых печах с содержанием Са(ОН)2,· от 50 до 70%; молотые металлургические шлаки с основностью более 2,5, представляющие собой отход производства стали, образующийся на конечных стадиях процесса выплавки или отход производства стали конвертерным способом, с содержанием Са(ОН)2 от 55 до 70%; шлам от производства ацетилена для газовой резки и сварки металла, представляющий собой отход, образующийся в процессе получения ацетилена из карбида кальция, с содержанием Са(ОН)2 от 50 до 70%. Указанные отходы можно использовать в любом сочетании или каждый в отдельности. Гипссодержащие отходы представляют собой мелкодисперсные порошкообразные продукты с содержанием CaSO4*2Н2О от 55 до 98%. В качестве гипссодержащих о тходов могут быть использованы гипссодержа-щий отход водоподготовки ТЭЦ, являющийся отходом регенерации фильтров в процессе подготовки воды с содержанием CaSO4*2Н2О от 60 до 80%; шлам нейтрализации отработанных травильных растворов, представляющий собой продукт нейтрализации концентрированных травильных растворов гидроксидом кальций с содержанием CaSO4*2Н2О от 55 до 70%; отходы нейтрализации отработанной серной кислоты, представляющие собой продукт, получаемый в процессе нейтрализации отработанной серной кислоты гидроксидом кальция или известняком, с содержанием CaSO4*2Н2О от 75 до 90%; фосфогипс, являющийся отходом, образующимся в процессе получения суперфосфата, с содержанием CaSO4*2Н2О от 98 до 99 %, Указанные отходы можно использовать в любом сочетании или каждый в отдельности. Зола-унос ТЭЦ является отходом от сжигания твердого топлива (угля) и представляет собой мелкодисперсный порошкообразный продукт с содержанием 50-65% SIO2, 12-20% Аl2Оз, 8-14% Fe2O3. 3-5% СаО, 2-7% С. Сталеплавильные молотые шлаки с основностью 0,9-1,5 представляют собой отходы от выплавки низколегированных сталей в электродуговых печах, фракции не более 0,08мм и с содержанием 25-35% SiO2, 23-40% СаО, 4-9% АІ2 Оз, 2-6% МgО, 3-6% Fe2O3. Модифицированная золошлаковзя смесь ТЭЦ является мелкодисперсным отходом от сжигания углей на теплоэлектростанциях, хранящийся в отвалах, обработанным отработанными растворами щелочной очистки отливок плотностью 1250-1370 кг/м 3, представляющими собой водный раствор, содержащий едкий натрий NaOH и силикат натрия Na2SiO3 в соотношении 1:0,8-1,4. В качестве крупного заполнителя в составе бетонной смеси используют щебень, представляющий собой фракцию природного гранита размером 10-25 мм. В качестве мелкого заполнителя в бетонной смеси применяют отработанную формовочную землю, обработанную концентрированными отработанными травильными растворами. Отработанная формовочная земля представляет собой отход литейного производства фракции 0,12-0,2мм с содержанием 92-96% SiO2 23% AI 2O3 , 1-2% С, а концентрированные отработанные травильные растворы - жидкость с содержанием сульфата железа в количестве 120-160 г/л и 20-60 г/л серной кислоты. После модификации отработанная формовочная земля дополнительно содержит 0,5-1,1% сульфата железа. Приготавливают бетонную смесь следующим образом. В бетоносмесительную установку загружают известьсодержащие отходы в количестве 3,0-4,3 мас.%, гипссодержащие отходы β количестве 2,4-4,0 мас.%, золу-унос ТЭЦ в количестве 6,5-9,0 мас.%, сталеплавильные молотые шлаки в количестве 6,2-9,1 мас.%, золошлаковую смесь ТЭЦ, модифицированную отработанными растворами щелочной очистки отливок плотностью 1250-1370 кг/м и перемешивают в течение 1-4 мин. После этого вводят воду в количестве 7,4-8,7 мас.%, модифицированную концентрированными отработанными травильными растворами отработанную формовочную землю в количестве 27,0-32,0 мас.% и щебень до 100% и перемешивают в течение 2-5 мин. Примеры образцов заявляемого и известного составов приведены в табл. 1. Для испытаний на прочность, водопоглощение, теплопроводность и плотность из смесей 1-8 изготавливали образцы размером 15х 15х 15см и выдерживали 3 часа для набора начальной прочности 0,51,0 мПа. Для проверки на водопоглощение готовые образцы выдерживали 28 суток в нормальных условиях (при температуре 18-20°С и относительной влажности 100%), после чего высушивали при температуре 105°С в течение 8 часов. Затем образцы взвешивали и помещали в камеру с водой таким образом, чтобы вода их покрывала полностью. Выдерживали 24 часа и взвешивали. По разности масс определяли количество поглощенной воды в процентах. Теплопроводность определяли на стандартном оборудовании. Испытуемый образец помещали в специальный прибор и подогревали с одной стороны со скоростью 20°С/мин в течение 5 мин. После этого измеряли температур у на противоположной стороне кубического образца. По известной толщине образца, количеству поступающего тепла, разности температур нагреваемой и противоположной сторон и времени нагрева рассчитывали теплопроводность бетона. Плотность образцов определяли путем взвешивания испытуемого образца и точного определения его объема. По полученным результатам рассчитывали плотность образца. За результат брали среднюю расчетную плотность 3 образцов одного состава. Испытания на прочность проводили на образцах, выдержанных при нормальных условиях в течение 7 и 28 суток и после пропаривания по режиму: 3 часа подъем температуры до 90°С, 6 часов выдерживание при этой температуре. 3 часа охлаждение. Испытания проводили на прессе путем фиксации усилия разрушения образца. По известной площади грани образца, соприкасающейся с прессом, и по зафиксированному усилию разрушения определяли прочность образца на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Испытания показали, что заявляемая бетонная смесь обладает более высокими эксплуатационными свойствами, чем смесь-прототип. Водопоглощение бетона из заявляемой смеси уменьшилось на 10-18%, на 16-26% и 15-25% снизились плотность и теплопроводность соответственно, Прочность в ранние сроки твердения увеличилась в 1,4-1,8 раза, после пропаривания - в 1,8-2,1 раза, прочность образцов через 28 суток повысилась в 1,2-1,5 раза.