Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА(71) Заявители Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет Иностранное частное научно-производственное унитарное предприятие Ордтех групп(72) Авторы Мечай Александр Анатольевич Барановская Екатерина Ивановна Ласанкин Сергей Викторович(73) Патентообладатели Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет Иностранное частное научно-производственное унитарное предприятие Ордтех групп(56)12439 1, 2009.6907 1, 2005.2145314 1, 2000.2312091 1, 2007.2005-154245 . СТАРОСТИНА И.В. Использование саморассыпающихся электросталеплавильных шлаков в технологии силикатных бетонов. Автореферат диссертации. - Белгород, 2002. - С. 2-14. МЕЧАЙ А.А. и др. Цемент и его применение. - 2010. -5. - С. 128-133. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. - С. 5-6.(57) Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона, включающая портландцемент, известь, молотый песок, алюминиевую пудру, поверхностно-активное вещество, воду и при необходимости сульфоалюминатный модификатор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит очищенный от металлических включений молотый электросталеплавильный шлак и при необходимости природный гипс и пластификатор -3 или его аналог при следующем соотношении компонентов, мас.портландцемент 1,5-10,0 известь 3,0-10,0 молотый песок 15,0-35,0 алюминиевая пудра 0,05-0,25 поверхностно-активное вещество 0,003-0,010 сульфоалюминатный модификатор 0-0,50 очищенный от металлических включений молотый электросталеплавильный шлак 15,0-30,0 природный гипс 0-0,02 пластификатор -3 или его аналог 0-0,03 вода остальное. 16510 1 2012.10.30 Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам сырьевой смеси для получения ячеистого бетона с пониженным содержанием извести и портландцемента и улучшенными физико-механическими характеристиками. Известна смесь, содержащая, мас.молотый среднекальциевый (доменный) шлак 60, известь - 11, кварцевый песок - 25, алюминиевую пудру (от массы сухих компонентов) 0,04, гипс - 4 1. Недостатками данной смеси являются высокая плотность и теплопроводность бетона. Наиболее близким аналогом предлагаемой смеси является сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона, которая содержит портландцемент, известь, молотый песок,алюминиевую пудру, воду, ПАВ и сульфоалюминатный модификатор при следующем соотношении компонентов, мас.портландцемент - 5-10, известь - 10-15, молотый песок 40-45, сульфоалюминатный модификатор - 1-5, алюминиевая пудра - 0,05-0,25, ПАВ 0,003-0,01, вода - остальное 2. Недостатками данной смеси являются высокое водотвердое отношение, а также содержание таких энергоемких компонентов, как известь и портландцемент. Задачей настоящего изобретения является частичная замена извести и портландцемента на очищенный от металлических включений молотый электросталеплавильный шлак,снижение водотвердого отношения за счет меньшей водопотребности смеси и увеличение прочности ячеистого бетона с низкой плотностью (200-400 кг/м 3). Поставленная задача решается тем, что заявляемая сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона содержит портландцемент, известь, молотый песок, алюминиевую пудру, воду, поверхностно-активное вещество, при необходимости сульфоалюминатный модификатор, очищенный от металлических включений молотый электросталеплавильный шлак, при необходимости природный гипс, пластификатор -3 или его аналог при следующем соотношении компонентов, мас.портландцемент 1,5-10,0 известь 3,0-10,0 молотый песок 15,0-35,0 алюминиевая пудра 0,05-0,25 ПАВ 0,003-0,01 сульфоалюминатный модификатор 0-0,50 очищенный от металлических включений молотый электросталеплавильный шлак 15,0-30,0 природный гипс 0-0,02 пластификатор -3 либо его аналоги 0-0,03 вода остальное. Технический результат заключается в частичной замене дорогостоящих энергоемких компонентов сырьевой смеси (извести и цемента) на техногенное сырье (электросталеплавильный шлак) и получении ячеистого бетона повышенной прочности при плотности 200300 кг/м 3, а также в снижении водотвердого отношения за счет меньшей водопотребности шлака, что является предпосылкой для снижения расхода пара при автоклавной обработке. Электросталеплавильный шлак - отход производства РУП Белорусский металлургический завод (г. Жлобин). Усредненный химический состав, мас.2 - 22,34,48,04, 23 - 9,00,23 - 12,13,- 4,52,- 2,98. Шлак является основным. Исходя из результатов рентгенофазового анализа установлено, что минералогический состав шлака характеризуется наличием шеннонита -22, ларнита -22, мервинита (322), монтичеллита (2), ранкинита (322), а также железосодержащих фаз - 32332, магнетита 34. Шлак подвергался помолу в валковой мельнице с сепаратором 3. В процессе сепарации металлические включения удалялись, а молотый шлак с максимальным размером частиц 160 мкм использовался в составе ячеистобетонной смеси. 2 16510 1 2012.10.30 Кристаллические фазы шлака медленно гидратируются при нормальных условиях, однако в условиях автоклавной обработки их гидравлическая активность значительно повышается. -22 и -22 в присутствии тонкомолотого песка в автоклаве подвергаются гидратации с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, обусловливающих улучшение прочностных характеристик ячеистого бетона. Совместное использование извести и тонкомолотого песка активизирует гидравлические свойства мервинита и ранкинита. Таким образом, при правильном подборе активаторов твердения шлаки, содержащие указанные кристаллические фазы, могут использоваться в качестве полноценного сырья при производстве вяжущих материалов. В качестве эффективных активаторов твердения электосталеплавильного шлака использовали природный гипс и сульфоалюминатный модификатор (РСАМ) 4, полученный путем обжига при температуре 900-1000 С смеси фосфогипса, глины и мела. Основными фазами продукта обжига РСАМ являются ангидрит 4, сульфоалюминат кальция 3(23)4, сульфосиликат кальция 2(22)4, моноалюминат кальция 23, геленит 2232 и метакаолинит 2322. Действие указанных добавок в ячеистобетонной смеси объясняется исходя из представлений о сульфатной активации шлака, вызванной наличием ангидрита в составе РСАМ, в результате чего обеспечивается взаимодействие 4 с 3, 2 и водой с образованием гидросульфоалюмината кальция (эттрингита). Дополнительное количество эттрингита образуется при гидратации 3(23)4. Появление тонких игольчатых кристаллов эттрингита сопровождается разрушением гелеобразных пленок на поверхности частиц шлака и ускорением за счет этого процесса его гидратации. Суперпластификатор С-3 (ТУ 5745-004-43184789-05) либо его аналоги (СП-1 по ТУ 5870-005-58042865-05, Мегалит С-3 МЛ по ТУ 5730-002-97474489-2007 и др.) представляют собой органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой - полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. Исходя из результатов электронной микроскопии установлено, что образцы ячеистого бетона, полученные с использованием шлака, имеют более однородную макроструктуру и характеризуются равномерным распределением пор. Микроструктура материала межпоровой перегородки ячеистого бетона после тепловлажностной обработки представлена скоплениями гидратных образований различных формы, размеров и степени кристаллизации. Гелеобразная масса гидросиликатной связки пронизана игольчатыми кристаллами и их сростками, характерными для низкоосновных гидросиликатов кальция и эттрингитоподобных соединений. Часть игольчатых кристаллов прошивают поровое пространство бетона, что способствует его упрочнению и повышению прочностных характеристик готовых изделий. Данные рентгенофазового анализа подтверждают преобладание в разработанных составах бетона низкоосновных гидросиликатов кальция группы , тоберморита, ксонотлита и присутствие эттрингитоподобных соединений, которые способствуют образованию дополнительной кристаллической матрицы в структуре затвердевшего ячеистого бетона,уплотнению и упрочнению материала межпоровых перегородок. Пример осуществления изобретения. Предварительно высушенный песок подвергается размолу до удельной поверхности 300-325 м 2/кг. Удельная поверхность извести с активностью 71-72 составляет 450500 м 2/кг, цемента - 320-330 м 2/кг, шлака - 280-300 м 2/кг, порошка РСАМ - 500-550 м 2/кг. Водотвердое отношение смеси соответствует ее водопотребности и составляет 0,46. Все сырьевые компоненты перемешиваются в лабораторном блендере. Формование изделий осуществляется литьевым способом. Сырцовые образцы размером 101010 см подвергаются доавтоклавной выдержке в пропарочной камере в течение 3 часов, а запаривание осуществляется в автоклаве при избыточном давлении пара 1 МПа. Физико-механические показатели ячеистого бетона приведены в таблице. 3 Предел прочности при сжатии, МПа 0,56 0,79 0,82 0,80 0,60-0,75 1,4 1,7 1,8 1,6 1,2-1,6 3,3 3,8 3,9 3,7 3,0-3,8 Физико-механические показатели ячеистого бетона Содержание основных компонентов в сырьевой смеси, мас.Марка сульфоПлотпо порталюминость,природалюминиевая плот- ландце- известь шлак песок натный-3 ПАВ вода кг/м 3 ный гипс пудра ности мент модификатор 200 7,0 4,3 15,0 35,0 0,25 0,01 38,44 211 200 10,0 2,0 15,0 35,0 0,5 0,03 0,25 0,01 37,21 185 200 7,0 4,3 15,0 35,0 0,5 0,02 0,03 0,25 0,01 37,89 204 200 2,0 7,0 15,0 35,0 0,02 0,25 0,01 40,72 198 200 5,0-10,0 10,0-15,0 40,0-45,0 1,0-5,0 0,05-0,25 0,003-0,01 33,95-34,74 195-216 300 6,5 4,5 25,0 34,0 0,10 0,005 29,90 287 300 9,0 2,5 25,0 34,0 0,5 0,03 0,10 0,005 28,87 305 300 6,5 4,5 25,0 34,0 0,5 0,02 0,03 0,10 0,005 29,35 292 300 4,0 6,0 25,0 34,0 0,02 0,10 0,005 30,88 311 300 5,0-10,0 10,0-15,0 40,0-45,0 1,0-5,0 0,05-0,25 0,003-0,01 33,95-34,74 297-309 400 6,2 5,0 30,0 32,0 0,05 0,003 26,75 404 400 8,0 3,0 30,0 32,0 0,5 0,03 0,05 0,003 26,42 388 400 6,2 5,0 30,0 32,0 0,5 0,02 0,03 0,05 0,003 26,20 412 400 1,5 10,0 30,0 32,0 0,02 0,05 0,003 26,43 399 400 5,0-10,0 10,0-15,0 40,0-45,0 1,0-5,0 0,05-0,25 0,003-0,01 33,95-34,74 374-415- результаты согласно прототипу 2. 16510 1 2012.10.30 Как видно из таблицы, предлагаемый состав смеси обеспечивает получение ячеистого бетона пониженной плотности с высокими прочностными характеристиками. Прочность ячеистого бетона с марками по плотности 200-400 по сравнению с прототипом увеличилась в 1,1-1,25 раза при замене части песка, цемента и извести электросталеплавильным шлаком. Наибольшая прочность ячеистого бетона с плотностью 200 кг/м 3 (0,82 МПа) достигается при введении в ячеистобетонную смесь 15,0 мас.шлака, при этом расход цемента составляет 7,0 мас. , извести - 4,3 мас.бетона с плотностью 300 кг/м 3 (1,8 МПа) - при 25,0 мас.шлака, 6,5 мас.цемента, 4,5 мас.извести бетона с плотностью 400 кг/м 3(3,9 МПа) - при 30,0 мас.шлака, 6,2 мас.цемента, 5,0 мас.извести. Изобретение может представить интерес для предприятий ОАО Минский КСИ,ОАО Березовский КСИ, ОАО Гомельстройматериалы, ОАО Гродненский КСМ, а также для различных строительных организаций. Источники информации 1. Гладких К.В. Изделия из ячеистого бетона на основе шлаков и зол. - М. Стройиздат, 1976. - 256 с. 2. Патент РБ 12439, 2009 (прототип). 3. Патент Россия 2358027, 2009. 4. Патент РБ 8696, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.