Патент на изобретение №2272013

(54) БЕТОННАЯ СМЕСЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к специальным жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых агрегатов, работающих в условиях длительного действия высоких температур и их резких перепадов. Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель – гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей – отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня – щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 16-22, указанный гидрат глинозема 10-20, указанный песок 28-36, указанный щебень 15- 29, С-3 0,5-1,5, вода остальное. Технический результат: увеличение плотности за счет заполнения пустот в пористом заполнителе гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также повышение остаточной прочности после обжига при температуре 800°С и термостойкости. 2 табл.

Изобретение относится к жаростойким бетонам на портландцементе и шлаковых заполнителях и может быть использовано для изготовления тепловых объектов, работающих в условиях длительного воздействия высоких температур и резких перепадов этих температур.

В настоящее время используются жаростойкие бетоны на разных видах заполнителей и добавок, которые в условиях резких перепадов температур растрескиваются и быстро выходят из строя, что требует полной замены бетонной изоляции. Известна торкрет-масса [1], включающая в мас.%: портландцемент – 27…35, шлакопемзовый заполнитель фр.5 мм – 45…64, асбест хризотиловый – 3…10, отход травления алюминиевой фольги – 3…10.

Недостатками этой массы являются: повышенная усадка при твердении за счет использования мелкозернистых заполнителей и повышенные энергозатраты на мелкий помол, а также пониженная остаточная прочность после обжига при 800°С: 41…46% и пониженная термостойкость при 800°С: 8…10 водных теплосмен.

Известна также наиболее близкая по технической сущности бетонная смесь [2], включающая, мас.%: портландцемент – 14…22, шлаковый песок – 14…25, щебень из литого шлака – 32…45, андезитовый порошок – 7…14, отход производства синтетических каучуков на основе гидрата глинозема – 1…10, суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли – продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида – 0,1…0,25, воду – 7,9…10,75. Недостатками этой смеси также являются пониженная остаточная прочность и термостойкость за счет использования разнородных по химико-минералогической природе наполнителей (андезит и отход производства синтетических каучуков) и заполнителей (песок шлакопемзовый, содержащий не менее 50% стеклофазы и литой шлаковый щебень, содержащий не более 10% стеклофазы, т.е. практически полностью закристаллизованный). Кроме того, литой шлаковый щебень содержит включения соединений магния, вызывающих растрескивание этого заполнителя и жаростойкого бетона на его основе уже при температурах 400…600°С.

Сущность изобретения заключается в том, что в состав бетонной смеси в качестве мелкого и крупного заполнителей вводятся песок и щебень из шлаковой пемзы, одинаковые по химико-минералогическому составу и содержанию стеклофазы. В качестве наполнителя вводится гидрат глинозема из отходов травления фольги или синтетических каучуков, повышающего термические свойства бетона, и одновременно в качестве пластификатора – суперпластификатор С-3 при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

Заполнители из шлаковой пемзы имеют химико-минералогический состав, близкий к портландцементу, и за счет резкого охлаждения шлакового расплава при гидроэкранном способе производства шлаковой пемзы не успевают закристаллизоваться и более чем на 50% остаются в более активной, аморфной стеклофазе. В них не успевают кристаллизоваться силикаты магния, способствующие снижению термостойкости заполнителей при резких перепадах температур в службе жаростойких бетонов в тепловых агрегатах. Повышенное содержание аморфного гидрата глинозема увеличивает огнеупорность жаростойких бетонов на портландцементе, так как, находясь в активном аморфном состоянии, он связывает гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкерных минералов портландцемента в нерастворимые гидроалюминаты кальция (CaO·Al₂O₃·nH₂O), кристаллы которого в виде новообразований закупоривают поры в цементном камне, повышая его плотность, прочность и термостойкость. Гидрат глинозема легко смешивается с цементным тестом при затворении бетонной смеси водой и, будучи тонкодисперсным, равномерно распределяется на зернах заполнителей и связующих. Поэтому этот наполнитель не требует дополнительных энергозатрат на помол и обезвоживание и повышает указанные свойства жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопемзовых заполнителях. Гидрат глинозема может вводиться как в виде отходов производства синтетических каучуков, так и в виде отходов травления алюминиевой фольги. Отходы производства синтетических каучуков по химическому составу включают до 80% Al₂О₃, до 10% СаО и п.п.п. – остальное. Отход травления алюминиевой фольги получается при производстве электролитических конденсаторов заводов радиодеталей и по химическому составу включает, в мас.%: Al₂О₃ – 87,3; Na₂O – 6,75; СаО – 1,05; SiO₂ – 0,4; п.п.п. – 4,5.

Предлагаемые составы жаростойких бетонов на основе указанных компонентов сведены в таблицу 1.

Составы 1…3 изготовляли по заявке, включая крайние значения интервалов варьирования компонентов бетонной смеси. Составы 4 и 5 исследованы при расходах, превышающих заявленные интервалы, а для сравнения в одинаковых условиях были изготовлены и испытаны усредненные составы известных бетонных смесей по аналогу и прототипу.

Для изготовления образцов бетонов предварительно определяли фактическую среднюю плотность свежеуплотненной бетонной смеси. Затем рассчитывали от нее процентное содержание каждого компонента по таблице 1 и находили расход его в килограммах на 1 м³ бетонной смеси, а затем на объем замеса, обеспечивающего изготовление требуемого количества образцов. Образцы изготовляли по ГОСТ 10180-90 для определения прочности бетона на сжатие в проектном возрасте твердения и остаточной прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 20910-90. Для определения термостойкости из бетонной смеси того же состава образцы изготавливались в виде кубов 7,07×7,07×7,07 мм, в соответствии с требованиями вышеуказанного нормативного документа на жаростойкие бетоны. Твердение образцов осуществлялось также в соответствии с требованиями указанного ГОСТа (приложение 2).

После расчета каждого состава производили весовую дозировку компонентов и готовили бетонную смесь в следующей последовательности: вначале смешивали до однородности портландцемент с наполнителем, затем затворяли эту смесь водой с предварительно растворенным в ней пластификатором С-3 и, перемешав их до однородности, последовательно вводили песок и щебень, тщательно перемешивая смесь после введения каждого компонента.

Уплотнение образцов осуществлялось вибрированием на стандартной виброплощадке в течение 2…3 мин до достижения слитного состояния и появления цементного молока на поверхности образцов. Для малоцементных составов применяли пригруз. Для определения каждого свойства готовили по 3…6 образцов каждого состава (по 6 шт. для определения прочностных характеристик и по 3 шт. – на термостойкость). Твердение образцов осуществлялось пропариванием по режиму 3+6+3 часа при максимальной температуре 100…110°С с последующей сушкой в сушильном шкафу. После этого их испытывали для определения физико-механических свойств.

Результаты этих испытаний сведены в таблицу 2.

Из этой таблицы видно, что предлагаемые составы имеют значительно выше плотность как после сушки, так и после обжига при температуре 800°С, что объясняется заполнением пустот в бетоне гидратом глинозема и продуктами его взаимодействия с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также имеющейся в составе шлаковых заполнителей.

Значительно выше у предлагаемых составов по сравнению с известными при одинаковых условиях изготовления и твердения прочность при сжатии как после сушки, так и после обжига. При этом и остаточная прочность после обжига при 800°С значительно выше у предлагаемых составов за счет повышенного содержания гидрата глинозема, а термостойкость в 2…3 раза превышает таковую у известных составов.

У составов 4 и 5, содержащих запредельные количества основных компонентов, эти показатели снижаются, что свидетельствует об оптимальности заявленных пределов содержания компонентов бетонной смеси.

Использованная литература:

1. Авт. свид. № 966068, опубл. 15.10.1982.

2. Авт. свид. № 1502517, опубл. 23.08.1989.

Формула изобретения

Бетонная смесь, включающая портландцемент, наполнитель – гидрат глинозема в виде отхода производства, песок шлакопемзовый фракции до 5 мм, щебень шлаковый фракции 5-20 мм, суперпластификатор С-3 и воду, отличающаяся тем, что она содержит гидрат глинозема в виде отхода производства синтетических каучуков или электролитических конденсаторов завода радиодеталей – отхода травления алюминиевой фольги, в качестве указанного щебня она содержит щебень шлакопемзовый при следующем оптимальном соотношении компонентов, мас.%:

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.10.2006

Извещение опубликовано: 20.06.2008 БИ: 17/2008