RU2177920C2

RU2177920C2 - Concrete mix

Info

Publication number: RU2177920C2
Application number: RU2000105939A
Authority: RU
Inventors: Т.В. Шеина; С.Ф. Коренькова; А.А. Евстропов
Original assignee: Самарская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: coarse-sized concrete mix compositions, more particularly manufacture of concrete and reinforced concrete products subjected to alternating strains. SUBSTANCE: concrete mix comprises cement, crushed stone, sand, water and damping additive such as carbonate slime which is product resulting from purification of sewage from metallurgical enterprises in degreasing, anodizing and pickling varnished aluminium tape, ratios of components being as follows, wt %: cement, 10-10.9; crushed stone, 63.6; sand, 18.2; carbonate slime, 0.3-1.2; and water, 7. EFFECT: improved greater tensile strength crack and frost, resistance, reduced manufacturing cost thereof. 3 tbl

Description

Изобретение относится к составам крупнозернистых бетонных смесей и может быть использовано при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций, подвергающихся знакопеременным деформациям. The invention relates to compositions of coarse concrete mixtures and can be used in the manufacture of concrete and reinforced concrete products and structures undergoing alternating deformations.

Известны бетонные смеси на основе минерального вяжущего, заполнителей, воды и демпфирующей добавки. В качестве таких добавок предложены:
- вспученный перлит (Авт. свид. СССР 313 807, Шахов И. И. , Гранеев В. Г. и др. Легкобетонная смесь для изготовления панелей футеровки промышленных печей, 1971);
- вспученный вермикулит (Авт. свид. СССР 610 818, Комохов П. Г. , Петрова Т. М. , Солнцева В. А. Бетонная смесь. - Бюл. 22, 1978);
- композиция от тонкомолотого керамзита, дробленого горелопородного песка и тонкомолотого известьсодержащего отхода (Авт. свид. СССР 1 255 605, Капитонов С. М. , Бабков В. В. и др. Бетонная смесь, 1986).Known concrete mixtures based on mineral binder, aggregates, water and damping additives. As such additives are proposed:
- expanded perlite (Ed. certificate. USSR 313 807, Shakhov I.I., Graneev V.G. et al. Lightweight concrete mix for the manufacture of lining panels for industrial furnaces, 1971);
- expanded vermiculite (Auth. St. USSR 610 818, Komokhov P. G., Petrova T. M., Solntseva V. A. Concrete mix. - Bull. 22, 1978);
- composition from finely ground expanded clay, crushed rock-borne sand and finely ground lime-containing waste (Author's certificate. USSR 1 255 605, S. Kapitonov, V. V. Babkov and others. Concrete mixture, 1986).

Наиболее близким из аналогов является состав бетонной смеси, содержащий цемент, щебень, песок, демпфирующую добавку и воду (см. Капитонов С. М. "Морозостойкость бетонов с демпфирующими добавками", автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т. н. , 1987, с. 5-21). The closest of the analogues is the composition of the concrete mixture containing cement, gravel, sand, a damping additive and water (see S. Kapitonov, “Frost Resistance of Concrete with Damping Additives,” dissertation abstract for the degree of candidate of technical sciences, 1987 , p. 5-21).

Техническим результатом изобретения, на достижение которого направлено создание нового технического решения, является улучшение удобоукладываемости, повышение прочности бетона на растяжение при изгибе, трещино- и морозостойкости, а также снижение его себестоимости за счет экономии цемента и применения в качестве демпфирующей добавки отхода промышленности, не требующего дополнительной переработки. The technical result of the invention, the achievement of which the creation of a new technical solution is aimed, is to improve workability, increase the tensile strength of concrete under bending, crack and frost resistance, as well as reduce its cost due to the saving of cement and the use of industrial waste as a damping additive additional processing.

Поставленный технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая цемент, мелкий и крупный заполнитель, воду и демпфирующую добавку, содержит в качестве таковой карбонатный шлам - продукт очистки сточных вод, образующихся на металлургических предприятиях в процессе обезжиривания, анодирования и декапирования лакированной алюминиевой ленты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Цемент - 10,0-10,9
Щебень - 63,6
Песок - 18,2
Карбонатный шлам - 0,3-1,2
Вода - 7
В бетонной смеси в качестве высокодисперсного компонента пониженной жесткости, выполняющего роль демпфирующих включений, использован карбонатный шлам. Он образуется при очистке и осаждении промывных сточных вод лакированной алюминиевой ленты, которая подвергается обработке щелочью и кислотами в процессе обезжиривания, анодирования и декапирования на металлургических предприятиях.The technical result achieved is achieved by the fact that the concrete mixture, including cement, fine and coarse aggregate, water and a damping additive, contains carbonate sludge as such - a product of wastewater treatment generated at metallurgical enterprises in the process of degreasing, anodizing and decapitating of varnished aluminum tape, in the following ratio of components, wt. %:
Cement - 10.0-10.9
Crushed stone - 63.6
Sand - 18.2
Carbonate sludge - 0.3-1.2
Water - 7
In the concrete mix, carbonate sludge was used as a finely dispersed component of reduced stiffness, which plays the role of damping inclusions. It is formed during the treatment and deposition of washing wastewater of varnished aluminum tape, which is subjected to treatment with alkali and acids in the process of degreasing, anodizing and decapitation in metallurgical enterprises.

После отстаивания в специальном резервуаре и сгущения на вакуум-фильтрах карбонатный шлам имеет влажность 60-70% и представляет собой густую пастообразную массу. After settling in a special tank and thickening on vacuum filters, the carbonate sludge has a moisture content of 60-70% and is a thick paste-like mass.

В силу условий образования карбонатный шлам - высокодисперсная (S_уд = 500-700 м²/кг) полиминеральная смесь, состоящая (в пересчете на сухое вещество) из аморфных гидроксидов алюминия и железа (20-28%), кальция и магния (20-25%), карбонатов кальция и магния (37-48%), гипса и NaСО₃ - остальное. Количественный риоритет за СаСО₃ и МgСО₃ позволяет отнести его к карбонатному шламу.Due to the conditions of formation, the carbonate sludge is a highly dispersed (S _beats = 500-700 m ² / kg) polymineral mixture consisting (in terms of dry matter) of amorphous aluminum and iron hydroxides (20-28%), calcium and magnesium (20- 25%), calcium and magnesium carbonates (37-48%), gypsum and NaCO ₃ - the rest. The quantitative priority for CaCO ₃ and MgCO ₃ allows attributing it to carbonate sludge.

Бетон готовился при строго одинаковом водоцементном отношении (В/Ц = 0,62) с добавками карбонатного шлама от 0,17 до 1,68%, который вводился совместно с водой затворения в виде суспензии в предварительно перемешанную до однородного состояния минеральную смесь. Concrete was prepared at exactly the same water-cement ratio (W / C = 0.62) with the addition of carbonate sludge from 0.17 to 1.68%, which was introduced together with mixing water in the form of a suspension into a mineral mixture pre-mixed to a homogeneous state.

Составы бетонной смеси с добавкой карбонатного шлама приведены в табл. 1
Для сравнения была приготовлена бетонная смесь без добавки.The compositions of the concrete mixture with the addition of carbonate sludge are given in table. 1
For comparison, a concrete mixture was prepared without additives.

Физико-механические характеристики бетонов с добавкой карбонатного шлама приведены в табл. 2. Physico-mechanical characteristics of concrete with the addition of carbonate sludge are given in table. 2.

Критерием оценки качества добавки служили подвижность, расслаиваемость и водоотделение бетонной смеси, а также количество вовлеченного воздуха. Критерием оценки качества затвердевшего бетона - прочность на сжатие и изгиб. The criteria for assessing the quality of the additive were the mobility, segregation and water separation of the concrete mixture, as well as the amount of air involved. The criterion for assessing the quality of hardened concrete is compressive and bending strength.

Испытание бетона на прочность проводилось по ГОСТ 10180-90, бетонной смеси по перечисленным показателям - по ГОСТ 10181.0-10181.4-81. Testing of concrete for strength was carried out according to GOST 10180-90, concrete mix according to the listed indicators - according to GOST 10181.0-10181.4-81.

Как показали результаты испытаний (табл. 2), карбонатный шлам, выступая в роли гидродинамической смазки, существенно снижает водоотделение (с 0,5 до 0 мм) и расслаиваемость (с 11,0 до 0 см), сохраняя тем самым ей подвижность и большую удобоукладываемость. Последнее особенно важно при транспортировании товарного бетона на большие расстояния. As the test results showed (Table 2), carbonate sludge, acting as a hydrodynamic lubricant, significantly reduces water separation (from 0.5 to 0 mm) and delamination (from 11.0 to 0 cm), thereby maintaining its mobility and greater workability. The latter is especially important when transporting ready-mixed concrete over long distances.

Шлам также оказывает воздухововлекающее действие, что проявляется в снижении плотности бетонной смеси (с 2210 до 2107 кг/м³).The sludge also has an air-entraining effect, which is manifested in a decrease in the density of the concrete mixture (from 2210 to 2107 kg / m ³ ).

Карбонатный шлам, увеличивая гелевую составляющую шлакопортландцемента, соответствующим образом влияет на кинетику его твердения. В течение первых суток у бетона с добавкой карбонатного шлама несколько снижается набор прочности, но в дальнейшем расхождение в прочности уменьшается. Она не только достигает марочной (20,0 МПа), но даже превосходит ее (22,9 МПа). Характерен и дальнейший набор прочности (27,7-30,1 МПа на 6 мес. твердения). Carbonate sludge, increasing the gel component of slag Portland cement, accordingly affects the kinetics of its hardening. During the first days, concrete with the addition of carbonate sludge slightly decreases the strength set, but in the future the difference in strength decreases. It not only reaches the brand name (20.0 MPa), but even surpasses it (22.9 MPa). A further set of strength is also characteristic (27.7-30.1 MPa for 6 months of hardening).

Бетон с карбонатным шламом превосходит контрольный (без добавки) по показателю морозостойкости. Это связано с проявлением воздухововлекающего эффекта с введением шлама в бетонную смесь (количество вовлеченного воздуха возрастает с 2,8 до 4,9%). Concrete with carbonate sludge exceeds the control (without additives) in terms of frost resistance. This is due to the manifestation of an air-entraining effect with the introduction of sludge into the concrete mixture (the amount of air involved increases from 2.8 to 4.9%).

Как известно, воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений в бетоне, что в результате значительно повышает его морозоустойчивость (Защепин А. Н. Применение пластифицирующих и воздухововлекающих добавок в цементные бетоны. - М. : Стройиздат, 1963). As you know, air bubbles serve as a reserve volume for freezing water without the occurrence of large internal stresses in concrete, which as a result significantly increases its frost resistance (A. Zashchepin. Use of plasticizing and air-entraining additives in cement concrete. - M.: Stroyizdat, 1963).

Визуальный осмотр после испытания через год бетонных образцов с заложенной арматурой показал, что добавка карбонатного шлама не оказывает отрицательного влияния на сцепление бетона с арматурой и не вызывает ее коррозии. Visual inspection after testing a year later of concrete samples with embedded reinforcement showed that the addition of carbonate sludge does not adversely affect the adhesion of concrete to the reinforcement and does not cause corrosion.

Деформативные характеристики бетона с карбонатным шламом определялись на плитах ПТК как одних из самых распространенных видов бетонной продукции. The deformative characteristics of concrete with carbonate sludge were determined on PTC slabs as one of the most common types of concrete products.

Плиты испытывали на заводском стенде действием нагрузки 4-х равных сосредоточенных сил, симметрично расположенных относительно продольной оси по схеме однопролетной шарнирно-опертой балки. The plates were tested at the factory bench under the action of a load of 4 equal concentrated forces symmetrically located relative to the longitudinal axis according to the scheme of a single-span articulated beam.

На каждой ступени нагружения плиты измеряли приращения продольных и поперечных деформаций, для чего использовали тензометры - индикаторы часового типа. At each stage of loading the plate, the increments of longitudinal and transverse strains were measured, for which we used strain gauges - dial gauges.

В процессе испытаний при остановках пресса измеряли относительную ширину раскрытия трещин. По замеренным деформациям определяли и прогиб плиты. During tests at press stops, the relative crack opening width was measured. The plate deformation was also determined by the measured deformations.

Исследования деформативности плит показало, что бетоны с карбонатным шламом при одинаковом с контрольной плитой 8%-ным армированием (20 А-3 по ТУ Т-84-110) и напряжением (120 МПа) превосходят по трещиностойкости и жесткости бетон без добавки. Studies of the deformability of slabs showed that concretes with carbonate slurry with the same 8% reinforcement (20 A-3 according to TU T-84-110) and stress (120 MPa) are superior in crack resistance and hardness to concrete without additives.

Следует отметить, что соотношение между средней и максимальной шириной раскрытия трещин в плитах из бетона с добавкой карбонатного шлама в 1,2-1,3 раза меньше, чем в контрольной. It should be noted that the ratio between the average and maximum crack opening widths in concrete slabs with the addition of carbonate sludge is 1.2-1.3 times less than in the control.

На основании вышесказанного следует, что бетон с добавкой карбонатного шлама в сжатой зоне, до разрушения растянутой зоны плиты, работает более упруго в отличие от контрольной плиты. Based on the foregoing, it follows that concrete with the addition of carbonate sludge in the compressed zone, before the destruction of the stretched zone of the slab, works more resiliently in contrast to the control slab.

Результаты испытания железобетонных панелей перекрытия ПК8-51-12-150 приведены в табл. 3. The test results of reinforced concrete floor panels PK8-51-12-150 are given in table. 3.

Оптимальные результаты, отвечающие поставленной цели, показаны на составах 3, 4, 5 (табл. 1, 2, 3). Состав 2 не обеспечивает должного улучшения эксплуатационных характеристик, а состав 6 снижает прочностные показатели. В этом случае на прочность отрицательное влияние оказывает вовлеченный воздух. Его содержание в связи с этим ограничивается до 4. . . 5%. Из анализа результатов следует, что:
- прочность бетона на растяжение при изгибе возросла в 1,42-1,64 раза (по прогибу при нагрузке 120 МПа, табл. 3);
- трещиностойкость бетона возросла в 1,24-1,51 раза (по ширине раскрытия трещин при нагрузке 120 МПа, табл. 3);
- морозостойкость бетона возросла в 1,08-1,19 раз (по потери прочности после 50 циклов замораживания-оттаивания, табл. 2);
- расход цемента снизился в 1,03-1,12 раза (по табл. 1).The optimal results that meet the goal are shown in the compositions 3, 4, 5 (tab. 1, 2, 3). Composition 2 does not provide a proper improvement in operational characteristics, and composition 6 reduces the strength characteristics. In this case, the involved air is adversely affected by the air involved. In this regard, its content is limited to 4.. . 5%. From the analysis of the results it follows that:
- the tensile strength of concrete in bending increased by 1.42-1.64 times (deflection at a load of 120 MPa, table. 3);
- crack resistance of concrete increased by 1.24-1.51 times (along the width of crack opening at a load of 120 MPa, table. 3);
- frost resistance of concrete increased by 1.08-1.19 times (according to the loss of strength after 50 cycles of freezing and thawing, table. 2);
- cement consumption decreased by 1.03-1.12 times (according to table. 1).

Claims

Concrete mixture, including cement, crushed stone, sand, damping additive and water, characterized in that it contains carbonate sludge as a damping additive - a product of wastewater treatment generated at metallurgical enterprises in the process of degreasing, anodizing and decapitation of varnished aluminum tape in the following ratio components, wt. %:
Cement - 10.0 - 10.9
Crushed stone - 63.6
Sand - 18.2
Specified carbonate sludge - 0.3 - 1.2
Water - 7