RU2779824C1

RU2779824C1 - Concrete mix

Info

Publication number: RU2779824C1
Application number: RU2021119870A
Authority: RU
Inventors: Магомед Шавалович Минцаев; Мадина Шахидовна Саламанова; Сайд-Альви Юсупович Муртазаев; Дена Карим-Султанович Батаев; Магомед Рамзанович Нахаев; Саламбек Алимбекович Алиев; Магомед Саламувич Сайдумов; Тамара Саид-Альвиевна Муртазаева; Арби Хамидович Аласханов
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-09-13

Abstract

FIELD: building materials.

SUBSTANCE: invention relates to the production of building materials, in particular, to a concrete mix, and can be used to manufacture both monolithic and prefabricated concrete structures used in building. Concrete mix includes aspiration cement dust with a specific surface area of 280 m²/kg and clinker cement dust with a specific surface area of 210 m²/kg, an aggregate, a filler, and sodium liquid glass with a silicate modulus of 2.8 and a density of 1.24 g/l. The mix contains a sand and gravel mixture as an aggregate, and microsilica with a specific surface area of 1,200 m²/kg as a filler, with the following ratio of components, % wt.: aspiration cement dust 15 to 20, clinker cement dust 4 to 5, sand and gravel mixture 60 to 65, microsilica 5 to 7, sodium liquid glass 9 to 10.

EFFECT: development of a simple and effective method for producing a concrete mix with higher cube and prism strength, elasticity modulus, frost resistance and water impermeability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к бетонной смеси и способу ее приготовления, и может быть использовано для изготовления бетонных конструкций, как монолитных, так и сборных, используемых в строительстве.The invention relates to the production of building materials, in particular to a concrete mixture and a method for its preparation, and can be used for the manufacture of concrete structures, both monolithic and prefabricated, used in construction.

Известно изобретение, заключающееся в измельчении в порошок габбро-диабаза, затворяемого раствором щелочного активатора, без шлака или совместно со шлаком, при следующем соотношении компонентов, мас. %: габбро-диабаз - 81,4-94,4, указанный шлак - 0-14,4, NaOH - 4,2-7,4, вода - до В/Т 0,13 (патент RU 2395469 от 04.05.2009 г., опубл. 27.07.2010 г.).An invention is known, which consists in grinding into powder gabbro-diabase, mixed with a solution of an alkaline activator, without slag or together with slag, in the following ratio, wt. %: gabbro-diabase - 81.4-94.4, the indicated slag - 0-14.4, NaOH - 4.2-7.4, water - up to W / T 0.13 (patent RU 2395469 dated 04.05.2009 Published on July 27, 2010).

Недостаток изобретения заключается в неэффективности сложного процесса приготовления для получения требуемой прочности бетона, связанного с необходимостью прессования формовочной смеси и использование высококонцентрированного щелочного раствора, приводящего к образованию высолов на поверхности получаемых бесклинкерных композитов и развитию коррозионных процессов.The disadvantage of the invention lies in the inefficiency of a complex preparation process to obtain the required strength of concrete, associated with the need to press the molding sand and the use of a highly concentrated alkaline solution, leading to the formation of efflorescence on the surface of the obtained clinker-free composites and the development of corrosion processes.

Известно изобретение по патенту RU 2691038 от 16.10.2018 г., опубл. 07.06.2019 г., включающее шлакощелочное вяжущее для изготовления бетонов и строительных растворов с повышенной ударной прочностью. Вяжущее состоит из гранулированного доменного шлака с содержанием зерен размером менее 10 мкм более 50%, размером менее 60 мкм более 97%, жидкого стекла плотностью 1,3 г/см³ с силикатным модулем, равным 1,5, термообработанной при температуре 400°С шелухи риса с содержанием микрочастиц размером менее 1 мкм более 80%, размером менее 30 мкм более 98%, гидроксида натрия, тонкоизмельченной резиновой крошки из отработавших автошин с размером частиц менее 0,315 мм.An invention is known according to patent RU 2691038 dated 10/16/2018, publ. 06/07/2019, including slag-alkaline binder for the manufacture of concretes and mortars with increased impact strength. The binder consists of granulated blast-furnace slag with a grain size of less than 10 microns more than 50%, a grain size of less than 60 microns more than 97%, liquid glass with a density of 1.3 g / cm ³ with a silicate modulus of 1.5, heat-treated at a temperature of 400 ° C rice husks with a content of microparticles with a size of less than 1 micron more than 80%, a size of less than 30 microns more than 98%, sodium hydroxide, finely ground rubber crumb from used tires with a particle size of less than 0.315 mm.

Недостаток изобретения состоит в многокомпонентности и сложности воспроизводимости заданного дисперсного состава вяжущего, а также в дефиците и ограниченности используемой сырьевой базы.The disadvantage of the invention lies in the multicomponent and complexity of reproducibility of a given dispersion composition of the binder, as well as in the scarcity and limitation of the raw material base used.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент RU 2678285 от 26.09.2014 г., опубл. 24.01.2019 г., характеризующийся смешиванием связующего материала, на основе активированного измельченного гранулированного доменного шлака, пригодного для образования материала бетонного типа, с водой и агрегированным материалом. Связующий материал содержит в пересчете на сухое вещество основной компонент, составляющий 50-95 вес. % и другой компонент содержащий по меньшей мере 20 вес. % Al₂O₃ в пересчете на сухое вещество и включающий измельченный гранулированный доменный шлак, а также возможно по меньшей мере одно дополнительное вещество, состоящее из глины, известковой глины и зольной пыли, и активирующий компонент, составляющий 5-50 вес. % связующего материала, где активирующий компонент содержит сульфат алюминия и смесь, образующую гидроксид натрия, которая содержит Na₂CO₃ и СаО, при этом связующем в пересчете на сухое вещество содержит измельченный гранулированный доменный шлак 35-95 вес. %, Al₂(SO₄)₃ 1-25 вес. %, смесь, образующую NaOH 4-35 вес. %, дополнительное вещество 0-5 вес. %.Closest to the claimed invention is patent RU 2678285 dated September 26, 2014, publ. 01/24/2019, characterized by mixing a binder based on activated crushed granulated blast-furnace slag, suitable for the formation of a concrete-type material, with water and aggregated material. The binder contains, in terms of dry matter, the main component, which is 50-95 wt. % and another component containing at least 20 wt. % Al ₂ O ₃ in terms of dry matter and including crushed granular blast-furnace slag, as well as at least one additional substance, consisting of clay, lime clay and fly ash, and an activating component of 5-50 wt. % binder, where the activating component contains aluminum sulfate and a mixture that forms sodium hydroxide, which contains Na ₂ CO ₃ and CaO, while the binder in terms of dry matter contains crushed granular blast-furnace slag 35-95 wt. %, Al ₂ (SO ₄ ) ₃ 1-25 wt. %, a mixture forming NaOH 4-35 wt. %, additional substance 0-5 wt. %.

Недостатком данного изобретения является невысокие прочностные характеристики при сложном и энергоемком процессе приготовления материала бетонного типа с использованием дефицитного и ограниченного сырья.The disadvantage of this invention is the low strength characteristics with a complex and energy-intensive process of preparing a concrete-type material using scarce and limited raw materials.

Техническим результатом является разработка простого и эффективного способа получения бетонной смеси с повышенными показателями кубиковой и призменной прочности, модуля упругости, морозостойкости и водонепроницаемости.The technical result is the development of a simple and effective method for producing a concrete mix with increased indicators of cubic and prism strength, elasticity modulus, frost resistance and water resistance.

Технический результат достигается за счет способа приготовления бетонной смеси, включающей аспирационную цементную пыль с удельной поверхностью 280 м²/кг и клинкерную цементную пыль с удельной поверхностью 210 м²/кг, заполнитель, наполнитель и натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/л, отличающейся тем, что в качестве заполнителя она содержит песчано-гравийную смесь, а в качестве наполнителя - микрокремнезем с удельной поверхностью 1200 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас., %:The technical result is achieved due to the method of preparing a concrete mix, including aspiration cement dust with a specific surface of 280 m ² /kg and clinker cement dust with a specific surface of 210 m ² /kg, filler, filler and sodium liquid glass with a silicate modulus of 2.8 and a density 1.24 g/l, characterized in that it contains a sand-gravel mixture as a filler, and microsilica with a specific surface area of 1200 m ² /kg as a filler in the following ratio of components, wt., %:

Аспирационная цементная пыль - 15-20;Aspiration cement dust - 15-20;

Клинкерная цементная пыль - 4-5;Clinker cement dust - 4-5;

Песчано-гравийная смесь - 60-65;Sand and gravel mixture - 60-65;

Микрокремнезем - 5-7;Microsilica - 5-7;

Натриевое жидкое стекло - 9-10.Sodium liquid glass - 9-10.

Для приготовления бетонной смеси используют отходы цементной промышленности, которые образуются в огромном количестве в результате обжига портландцементного клинкера, и вывозятся за территорию предприятия, нанося тем самым ущерб окружающей среде. Аспирационная цементная пыль собиралась в зоне подогрева и дегидратации клинкерной печи мокрого способа при температуре 300-400°С и представляет собой полноценную сырьевую смесь слабообожженных глинистых минералов и не разложившегося кальцита и применялась в естественном виде без дополнительного механического вмешательства, удельная поверхность 280 м²/кг. Местом сбора клинкерной цементной пыли является зона охлаждения вращающейся печи и по своему составу она соответствует готовому портландцементному клинкеру, удельная поверхность 210 м²/кг. Ультрадисперсный микрокремнезем применяли конденсированный Новокузнецкого металлургического комбината с аморфной субстанцией SiO₂ до 98%, к тому же эта добавка благодаря своей чистоте и дисперсности высокоактивных микросфер, покрывая частицы составляющих формовочной смеси, создает пластифицирующий и уплотняющий эффект, а снижая рН среды до 11,5, она замедляет схватывание бетонной массы. В качестве заполнителя используют песчано-гравийные смеси с русла рек Веденского района состоящие из мелкой фракции - 35,77%, крупной фракции (гравий) - 59,27%, больших камней - 4,97%, средняя фракции применяемой гравийной части 5-20 мм. Модуль крупности песчаной фракции составил 2,5-3,0, минералогический состав представлен полевым шпатом 32,9%, кварцем - 29,9%, карбонатом - 4,99%, разными обломками - 24,89%. Содержание пылевидных, глинистых и илистых (ПГИ) частиц составляет 4,99%, что и сдерживает применение гравийно-песчаных смесей в производстве бетонных и железобетонных изделий на портландцементе, но для бесклинкерной технологии вяжущих и композитов щелочного затворения этот показатель ПГИ частиц допускается до 25%, так как их алюмосиликатная природа благоприятна для процессов формирования структуры и свойств.For the preparation of the concrete mixture, cement industry waste is used, which is formed in large quantities as a result of the burning of Portland cement clinker, and is taken out of the territory of the enterprise, thereby causing damage to the environment. Aspiration cement dust was collected in the heating and dehydration zone of the wet clinker kiln at a temperature of 300-400°C and is a complete raw material mixture of slightly burned clay minerals and undecomposed calcite and was used in its natural form without additional mechanical intervention, specific surface area 280 m ² /kg . The place of collection of cement clinker dust is the cooling zone of the rotary kiln and in its composition it corresponds to the finished Portland cement clinker, the specific surface area is 210 m ² /kg. Ultradispersed microsilica was used condensed from the Novokuznetsk Metallurgical Plant with an amorphous substance SiO ₂ up to 98%, in addition, this additive, due to its purity and dispersion of highly active microspheres, coating the particles of the components of the molding sand, creates a plasticizing and sealing effect, and reducing the pH of the medium to 11.5, it slows down the setting of the concrete mass. As a filler, sand and gravel mixtures from the riverbed of the Vedensky district are used, consisting of a fine fraction - 35.77%, a large fraction (gravel) - 59.27%, large stones - 4.97%, the average fraction of the used gravel part is 5-20 mm. The size modulus of the sand fraction was 2.5-3.0, the mineralogical composition is represented by feldspar 32.9%, quartz - 29.9%, carbonate - 4.99%, various fragments - 24.89%. The content of dusty, clay and silty (PGI) particles is 4.99%, which hinders the use of gravel-sand mixtures in the production of concrete and reinforced concrete products on Portland cement, but for the clinker-free technology of binders and alkaline mixing composites, this index of PGI particles is allowed up to 25% , since their aluminosilicate nature is favorable for the formation of structure and properties.

Способ приготовления бетонной смеси включает следующие операции. Экспериментальным путем проектируются оптимальные составы бетонной смеси, после чего в лабораторных условиях смешивают точно дозированные следующие компоненты: предварительно высушенная песчано-гравийная смесь (валуны отделялись 4,99%) до относительной влажности 1%, аспирационная и клинкерная пыль удельной поверхности 280 м²/кг и 210 м²/кг соответственно, микрокремнезем удельной поверхности 1200 м²/кг, в течение 2-3 минут. Тщательно вымешанную формовочную массу затворяют натриевым жидким стеклом с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,24 г/л, и перемешивают в течение 2 мин. Формовочная смесь характеризуется маркой по подвижности П1 с осадкой конуса 3-4 см (табл. 1). Их приготовленной формовочной массы изготавливались образцы кубы размером 10 см, которые после распалубки подвергались двухчасовому тепловому воздействию при температуре 50°С в течение последующих 3 дней. Далее до испытания на 28 сутки образцы твердеют в нормально-влажностных условиях при температуре 18-20°С и относительной влажности 60-70%.Method for preparation of concrete mixture includes the following operations. The optimal compositions of the concrete mixture are designed experimentally, after which the following components are mixed in laboratory conditions: pre-dried sand and gravel mixture (boulders were separated 4.99%) to a relative humidity of 1%, aspiration and clinker dust of a specific surface of 280 m ² /kg and 210 m ² /kg, respectively, microsilica specific surface 1200 m ² /kg, for 2-3 minutes. The thoroughly mixed molding mass is closed with sodium liquid glass with a silicate modulus of 2.8 and a density of 1.24 g/l, and stirred for 2 minutes. The molding sand is characterized by mobility grade P1 with a cone draft of 3-4 cm (Table 1). Samples of a 10 cm cube were made from the prepared molding mass, which, after stripping, were subjected to a two-hour thermal effect at a temperature of 50°C for the next 3 days. Further, before testing on the 28th day, the samples harden in normal humidity conditions at a temperature of 18-20°C and a relative humidity of 60-70%.

По результатам дифференциально-термического анализа (ДТА) бетонного камня (фиг. 1) обнаружены эндоэффекты соответствующие следующим фазам при температуре 240°С цеолитовым типа гарронита Na₂Ca₅Al⋅12Si₂O⋅27(H₂O), при температуре 381°С сульфоалюминатам кальция и эттрингиту, при температуре 580°С гидроалюминатам кальция сложного состава, при температурах 358°С и 535°С гидроалюминаты кальция состава 3СаО*Al₂O₃*6Н₂О, при температуре 490°С гидрохлоралюмината кальция, при температуре 640°С карбонат магния и каолинита, при температурах 450°С и 650°С мусковита и монтриллонита, при температуре 750°С полная дегидратация гидроалюмината кальция.According to the results of differential thermal analysis (DTA) of the concrete stone (Fig. 1), endoeffects were found corresponding to the following phases at a temperature of 240°C zeolite type Na ₂ Ca ₅ Al⋅12Si ₂ O⋅27(H ₂ O), at a temperature of 381° With calcium sulfoaluminates and ettringite, at a temperature of 580°C calcium hydroaluminates of complex composition, at temperatures of 358°C and 535°C calcium hydroaluminates of the composition 3СаО*Al ₂ O ₃ *6Н ₂ О, at a temperature of 490°С °С magnesium carbonate and kaolinite, at temperatures of 450°С and 650°С muscovite and montrillonite, at a temperature of 750°С complete dehydration of calcium hydroaluminate.

Исследования бетонного камня на портативном рентгенофлуоресцентном анализаторе по измерению массовой доли химических элементов в веществах в твердом состоянии, подтвердили присутствие гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция (фиг. 2, табл. 2).Studies of concrete stone on a portable X-ray fluorescence analyzer to measure the mass fraction of chemical elements in substances in the solid state confirmed the presence of calcium hydrosilicates, hydroaluminates and calcium hydroferrites (Fig. 2, Table 2).

Далее полученные лабораторные образцы подвергают испытанию для определения физико-механических показателей, результаты испытаний для сравнения с аналогами представлены в таблице 3.Further, the obtained laboratory samples are subjected to testing to determine the physical and mechanical parameters, the test results for comparison with analogues are presented in table 3.

В представленных составах бетонной смеси и способе ее приготовления, за счет использования отходов высокотемпературной обработки в виде аспирационной и клинкерной цементной пыли, микрокремнезема, присутствия песчано-гравийной смеси и жидкого стекла оптимизированы процессы структурообразования и, соответственно, тем самым повышены физико-механические характеристики проектируемых материалов.In the presented compositions of the concrete mixture and the method of its preparation, due to the use of high-temperature processing waste in the form of aspiration and clinker cement dust, microsilica, the presence of a sand-gravel mixture and liquid glass, the processes of structure formation are optimized and, accordingly, the physical and mechanical characteristics of the designed materials are improved. .

Таким образом, заявляемый способ приготовления бетонной смеси на бесклинкерном вяжущем щелочной активации и песчано-гравийной смеси способствует повышению эффективности бесклинкерных строительных композитов, путем снижения себестоимости и улучшения физико-механических свойств конечного продукта, а также способствует расширению сырьевой базы технологии, за счет использования отходов цементного производства и некондиционных песчано-гравийных смесей.Thus, the inventive method of preparing a concrete mixture on a clinker-free binder of alkaline activation and a sand-gravel mixture helps to increase the efficiency of clinker-free building composites by reducing the cost and improving the physical and mechanical properties of the final product, and also contributes to the expansion of the raw material base of the technology, through the use of waste cement production and substandard sand and gravel mixtures.

Claims

Concrete mix, including aspiration cement dust with a specific surface area of 280 m ² /kg and cement clinker dust with a specific surface area of 210 m ² /kg, aggregate, filler and sodium liquid glass with a silicate modulus of 2.8 and a density of 1.24 g / l, characterized in that it contains a sand-gravel mixture as a filler, and microsilica with a specific surface area of 1200 m ² /kg as a filler in the following ratio of components, wt., %:

Aspiration cement dust 15-20 Clinker cement dust 4-5 Sand and gravel 60-65 microsilica 5-7 Sodium liquid glass 9-10