Бетонная композиция и способ ее получения
Владельцы патента RU 2732386:
ТОКИО ЮНИВЕРСИТИ ОФ САЙЕНС ФАУНДЕЙШН (JP)
ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ТОКИО (JP)
СУМИТОМО МИЦУИ КОНСТРАКШН КО., ЛТД. (JP)
Группа изобретений относится к бетонной композиции и способу ее получения. Бетонная композиция содержит доменный шлак в количестве от 200 до 500 кг/м3 в расчете на всю бетонную композицию, по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента в количестве меньше или равном 22 вес.% в расчете на доменный шлак, воду затворения в количестве 130 кг/м3 или меньше, причем осадка конуса бетонной композиции больше или равна 40 см. Изобретение также относится к способу получения указанной выше бетонной композиции. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – разработка бетонной композиции с низким воздействием на окружающую среду, имеющей такую же прочность, что и существующие бетоны, и обладающей хорошей текучестью. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к бетонной композиции и способу ее получения.
Уровень техники
Бетон, полученный в результате отверждения бетонных композиций, широко применяется для строительных работ, например, зданий и сооружений. Обычно бетонные композиции содержат цементное вяжущее, мелкий заполнитель, такой как песок, крупный заполнитель, такой как камни, и воду. Изменяя тип и количество веществ, содержащихся в бетонных композиций, можно получить отвержденные продукты бетонных композиций, имеющие желаемые свойства (например, прочность и текучесть).
Как правило, цемент получают описываемым ниже способом. Такие материалы как известняк и глина, обжигают при высокой температуре, получая композицию, называемую цементным клинкером. Цементный клинкер измельчают и в получившийся продукт добавляют гипс. В результате получают цемент. Поскольку на стадии получения цементного клинкера выделяется диоксид углерода, говорят, что цемент загрязняет окружающую среду. Поэтому предлагались незначительно воздействующие на окружающую среду бетонные композиции с пониженным содержанием цемента (смотри, например, ссылки PTL 1 и PTL 2).
Однако предложенные бетонные композиции включаю в себя довольно много воды, с содержанием воды (удельный расход воды затворения) примерно от 160 кг/м3 до 174 кг/м3. Известно, что бетонные композиции типично подвержены усадке (автогенная усадка) при отверждении. Кроме того, известно, что бетонные композиции подвержены также усадке (усадка при высыхании) уже после того, как они затвердели, например, из-за испарения воды. Таким образом, когда такие предложенные бетонные композиции с относительно высоким содержанием воды отверждаются, происходит усадка, и это является фактором растрескивания.
В качестве бетонных композиций с низким содержанием воды (удельным расходом воды затворения) предлагались бетонные композиции, в которых удельный расход воды затворения был снижен до примерно 80-85 кг/м3 (смотри, например, PTL 3 и PTL 4).
Однако предлагаемые бетонные композиции можно использовать только для определенных целей, таких как дамбы, поскольку они не обладают достаточной текучестью. Чтобы бетонные композиции можно было использовать для различных строительных работ, они должны иметь хорошую текучесть.
Список цитирования
Патентная литература
PTL 1: выложенная заявка на патент Японии (JP-A) № 2014-148434
PTL 2: JP-A № 2010-189219
PTL 3: JP-A № 2015-180603
PTL 4: JP-A № 2011-168978
Сущность изобретения
Техническая задача
Таким образом, существует потребность в композициях с низким воздействием на окружающую среду, которые имеют такую же прочность при затвердевании, что и существующие бетоны, и имеют хорошую текучесть.
Целью настоящего изобретения является разработать бетонную композицию, оказывающую низкое воздействие на окружающую среду, имеющую такую же прочность при затвердевании, что и у существующих бетонов, и имеющую хорошую текучесть, а также разработать способ ее получения.
Решение задачи
Средства для решения указанных выше задач заключаются в следующем.
<1>. Бетонная композиция, содержащая:
- доменный шлак,
- по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента и
- воду,
причем удельный расход воды затворения составляет 130 кг/м3 или меньше;
причем содержание цемента меньше или равно 22 вес.% в расчете на доменный шлак, и
причем осадка конуса бетонной композиции больше или равна 40 см.
<2>. Бетонная композиция согласно пункту <1>, причем осадка конуса больше или равна 50 см.
<3>. Бетонная композиция согласно пунктам <1> или <2>, причем удельный расход воды затворения меньше или равен 100 кг/м3.
<4>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1> - <3>, причем содержание расширяющейся добавки составляет 3 кг/м3 или больше.
<5>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1> - <4>, причем содержание расширяющейся добавки составляет 5 кг/м3 или больше.
<6>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1>-<5>, содержащая также ферроникелевый шлак.
<7>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1> -<6>, причем содержание цемента составляет 0 вес.% в расчете на доменный шлак.
<8>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1> -<7>, дополнительно содержащая известняк.
<9>. Бетонная композиция согласно любому из пунктов <1>-<8>, причем расширяющаяся добавка является расширяющейся добавкой на основе извести.
<10>. Способ получения бетонной композиции, содержащей доменный шлак, по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента и воду,
- причем удельный расход воды затворения составляет 130 кг/м3 или меньше;
- причем содержание цемента меньше или равно 22 вес.% в расчете на доменный шлак, и
- причем осадка конуса бетонной композиции составляет 40 см или больше.
Выгодные эффекты изобретения
Настоящее изобретение предлагает бетонную композицию, которая оказывает низкое воздействие на окружающую среду, имеет при отверждении такую же прочность, что и существующий бетон, и имеет хорошую текучесть; предлагается также способ ее получения.
Описание вариантов осуществления
Бетонная композиция
Бетонная композиция по настоящему изобретению содержит доменный шлак, по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента и воду, и при необходимости содержит дополнительные компоненты.
Доменный шлак
Доменный шлак представляет собой продукт (побочный продукт), скапливающийся на стадии получения чугуна из железной руды в виде комбинации любых других компонентов, содержащихся в железной руде, кроме железа, с золой в известняке и коксе, являющимися вспомогательными материалами. Доменный шлак содержит, например, CaO, SiO2, Al2O3 и MgO.
Доменный шлак особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбран в зависимости от целевого назначения из доменных шлаков, использующихся в типичных бетонных композициях. Примеры доменного шлака включают доменный шлак, использующийся согласно стандарту JIS R 5211 "Шлакопортландцемент", и доменный шлак, соответствующий JIS A 6206 "Молотый гранулированный доменный шлак для цемента".
Крупность зерна доменного шлака особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрана в зависимости от целевого назначения, предпочтительно она больше или равна 3000 см2/г, но меньше или равна 13000 см2/г, более предпочтительно больше или равна 3000 см2/г и меньше или равна 8000 см2/г. Когда крупность зерна находится в вышеуказанном диапазоне, текучесть бетонной композиции и прочность отвержденного продукта бетонной композиции могут быть хорошими.
Содержание доменного шлака особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрано в зависимости от целевого назначения, предпочтительно оно составляет от 200 кг/м3 до 500 кг/м3 в расчете на всю бетонную композицию. Когда содержание доменного шлака находится в вышеуказанном диапазоне, отвержденный продукт бетонной композиции может иметь высокую прочность.
Расширяющаяся добавка
Расширяющаяся добавка представляет собой материал, из которого могут вымываться ионы кальция при погружении материала в воду. Расширяющаяся добавка особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрана в зависимости от целевого назначения из расширяющихся добавок, соответствующих японскому промышленному стандарту JIS A 6202 "Расширяющаяся добавка для бетона". Примеры расширяющихся добавок включают добавки на основе извести, содержащие в основном CaO и CaSO4, и расширяющиеся добавки на основе эттрингита, содержащие в основном CaO, C3A/CaSO4 и CaSO4. Можно использовать один из этих типов расширяющихся добавок по отдельности или можно использовать две или более из этих типов расширяющихся добавок в комбинации. С точки зрения снижения усадки предпочтительной из этих видов расширяющихся добавок является расширяющаяся добавка на основе извести, содержащая оксид кальция.
Расширяющаяся добавка является одним частным примером материала, придающего (индуцирующего) вяжущие свойства доменному шлаку.
Материал, индуцирующий вяжущие свойства у доменного шлака (далее может сокращенно называться "индуцирующим материалом"), представляет собой вещество, которое заставляет доменный шлак вести себя как вяжущее.
Сам по себе доменный шлак не имеет вяжущих свойств. Однако, когда на доменный шлак воздействует материал, придающий вяжущие свойства, он начинают действовать как вяжущее. Это связано с тем, что индуцирующий материал реагирует с оксидом кремния (SiO2) и оксидом алюминия (Al2O3), содержащимися в доменном шлаке. При наличии материала, придающего вяжущие свойства, в доменном шлаке бетонная композиция отверждается.
В качестве материала, придающий вяжущие свойства доменному шлаку, подходит щелочной стимулятор.
В настоящем изобретении щелочным стимулятором называется материал, водный раствор или суспензия которого, полученные при его смешении с водой, являются щелочными. Одним частными примером щелочного стимулятора является расширяющаяся добавка.
Содержание расширяющейся добавки особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрано в зависимости от целевого назначения, предпочтительно оно больше или равно 3 кг/м3, более предпочтительно больше или равно 5 кг/м3 и еще более предпочтительно больше или равно 15 кг/м3. В то же время содержание расширяющейся добавки предпочтительно меньше или равно 200 кг/м3.
Цемент
Цемент особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбран в зависимости от целевого назначения из цементов, типично использующихся в бетонных композициях. Примеры цемента включают различные портландцементы, такие, как портландцемент общего назначения, цемент с умеренной теплотой гидратации, цемент с низкой теплотой гидратации, быстротвердеющий цемент, особобыстротвердеющий портландцемент и сульфатостойкий цемент, смешанные цементы, такие как шлакопортландцемент, цемент с добавкой золы-уноса и кремнеземистый цемент, особые сверхбыстротвердеющие цементы, такие как глиноземистый цемент и особобыстротвердеющий цемент, а также цемент Erwin. Можно использовать один из этих цементов по отдельности или два или больше из этих цементов могут использоваться в комбинации.
С точки зрения снижения влияния на окружающую среду содержание цемента составляет 22 вес.% или меньше, предпочтительно 5 вес.% или меньше, более предпочтительно составляет 0 вес.% (по существу отсутствует) от веса доменного шлака.
Вода
Вода особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрана в зависимости от целевого назначения.
Удельный расход воды затворения (содержание воды) меньше или равно 130 кг/м3, предпочтительно меньше или равно 110 кг/м3, более предпочтительно меньше или равно 100 кг/м3 и еще более предпочтительно меньше или равно 85 кг/м3. Когда удельный расход воды затворения составляет 130 кг/м3 или меньше, можно уменьшить усадку отвержденного продукта цементной композиции.
С точки зрения текучести удельный расход воды затворения предпочтительно больше или равен 65 кг/м3, более предпочтительно больше или равен 75 кг/м3.
Отношение массы воды к массе доменного шлака (отношение вода/доменный шлак) предпочтительно составляет 36 вес.% или меньше. При отношении вода/доменный меньше или равном 36 вес.% можно улучшить текучесть.
Если отношение вода/доменный шлак превышает 36 вес.%, нельзя получить подходящую текучесть.
Другие компоненты
Другие компоненты особо не ограничиваются и могут быть соответствующим образом выбраны в зависимости от целевого назначения из других компонентов, использующихся в типичных бетонных композициях. Примеры других компонентов включают микрокремнезем, золу-унос, мелкий заполнитель, крупный заполнитель и присадки.
Микрокремнезем
Микрокремнеземом называют мелкие частицы (со средним диаметром первичных частиц примерно от 0,1 мкм до 1,0 мкм), полученные в результате сбора пыли из отходящих газов, выделяющихся в процессе плавки, например, ферросилиция, плавленого диоксида циркония и металлургического кремния. Мкрокремнезем состоит в основном из аморфного SiO2 и, кроме того, содержит, например, оксид алюминия, оксид железа, оксид кальция и оксид титана.
При смешении с материалом, придающим вяжущие свойства доменному шлаку, микрокремнезем вступает в реакцию (пуццолановая реакция) с гидроксидом кальция, образованным при гидратации материала, придающего вяжущие свойства доменному шлаку, приводя к повышению прочности отвержденного продукта бетонной композиции.
Содержание микрокремнезема предпочтительно составляет 80 кг/м3 или больше, но меньше или равно 130 кг/м3. При содержании микрокремнезема в указанном численном диапазоне текучесть отвержденного продукта бетонной композиции может быть хорошей.
Зола-унос
Золой-уносом называют промышленные отходы, образующиеся на электростанциях, работающих на угле. На угольных электростанциях тонкоизмельченный угль сжигают в котле, а соответствующая энергия превращается в электричество. При этом сжигании уголь превращается в золу. Частицы золы, в расплавленном состоянии плавающие в высокотемпературном горючем газе, превращаются в мелкие сферические частицы, когда их температура снижается на выходе котла, и собираются электрическим пылеуловителем. Эти собранные мелкие сферические частицы обычно называются золой-уносом.
При смешении с материалом, придающим вяжущие свойства доменному шлаку зола-унос вступает в реакцию (пуццолановая реакция) с гидроксидом кальция, образованным при гидратации материала, придающего вяжущие свойства доменному шлаку, что приводит к повышению прочности отвержденного продукта бетонной композиции.
Зола-унос содержит много кремнезема (SiO2) и глинозема (Al2O3) и, кроме того, содержит оксид железа, оксид магния и оксид кальция.
Стандартами JIS определено четыре типа золы-уноса, использующейся в бетонных композициях (зола-унос типов с I по IV). В настоящем изобретении можно использовать любой тип. Из этих типов предпочтительной с точки зрения повышения текучести и прочности отвержденного продукта является зола-унос типа I.
Содержание золы-уноса предпочтительно больше или равно 100 кг/м3, но меньше или равно 300 кг/м3. При содержании золы-уноса в этом численном диапазоне текучесть бетонной композиции и прочность отвержденного продукта бетонной композиции может быть хорошей.
Мелкий заполнитель
Мелкий заполнитель особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбран в зависимости от целевого назначения из мелких заполнителей, использующихся в типичных бетонных композициях, при этом он может быть природным или искусственным материалом. Конкретные примеры мелкого заполнителя включают ферроникелевые шлаки (продукты, соответствующие FNS1.2A, и продукты, соответствующие FNS5A, согласно японскому промышленному стандарту JIS A 5011-2), медные шлаки (продукты, соответствующие CUS1.2 согласно японскому промышленному стандарту JIS A 5011-3), окислительные шлаки электродуговой печи (продукты, соответствующие EFS1.2N или EFS1.2H согласно японскому промышленному стандарту JIS A 5011-4) и дробленый песок твердого песчаника. Можно использовать один из этих мелких заполнителей по отдельности или два или более этих мелких заполнителей можно использовать в комбинации. Из этих мелких заполнителей предпочтительными являются ферроникелевые шлаки, поскольку они могут уменьшить усадку.
В то же время из ферроникелевых шлаков предпочтительными являются ферроникелевые шлаки, имеющие следующие характеристики, поскольку они позволяют уменьшить усадку:
- коэффициент водопоглощения 1,50% или выше,
- снижение влагосодержания до 0,50% или ниже, когда ферроникелевые шлаки помещают в среду с температурой примерно 20°C и относительной влажностью приблизительно 95% после того, как они были приведены в условия насыщения.
Коэффициентом водопоглощения называют отношение массы (г) воды в условиях, когда поверхность ферроникелевого шлака находится в сухом состоянии (поверхностно-сухие условия), а поры ферроникелевого шлака находятся в состоянии насыщения, к массе (г) ферроникелевого шлака в абсолютно сухих условиях. Влагосодержанием называется отношение массы всей воды (г), содержащейся в порах ферроникелевого шлака, и поверхностной воды (воды, приставшей к поверхности мелких заполнителей), к массе (г) ферроникелевого шлака в абсолютно сухих условиях. Влагосодержание является параметром, который изменяется в зависимости от состояния сухости ферроникелевого шлака.
Примеры ферроникелевых шлаков, имеющих описанные выше характеристики, включают PAMCOSAND (зарегистрированный товарный знак) доступный от Pacific Metals Co., Ltd.
Содержание мелкого заполнителя предпочтительно больше или равно 900 кг/м3, но меньше или равно 1300 кг/м3. При содержании в указанном численном диапазоне отвержденный продукт имеет хорошие текучесть и прочность.
Крупный заполнитель
Крупный заполнитель особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбран в зависимости от целевого назначения из крупных заполнителей, использующихся в типичных бетонных композициях, причем это может быть природный материал или искусственный материал.
Примеры природных крупных заполнителей включают щебень 2015, щебень 2013, щебень 2010, щебень 1505 и щебень 1305, которые соответствуют "щебню для бетона" согласно японскому промышленному стандарту JIS A 5005, и крупные заполнители, соответствующие, например, № 5 или № 6 японского промышленного стандарта JIS A 5001 "Щебень для дорожного строительства". Их конкретные примеры включают щебень из твердого известняка, щебень из андезита, базальтовый щебень, щебень кварцевого сланца и дробленый известняк.
Примеры синтетических крупных заполнителей включают крупные заполнители, соответствующие ферроникелевым шлаковым заполнителям (побочные продукты производства ферроникеля) согласно японскому промышленному стандарту JIS A 5011-2. Их конкретные примеры включают искусственный корунд и спеченный боксит.
Из этих крупных заполнителей предпочтительным с точки зрения снижения усадки является дробленый известняк.
Содержание крупного заполнителя предпочтительно больше или равно 500 кг/м3, но меньше или равно 1000 кг/м3. При содержании в указанном численном диапазоне отвержденный продукт имеет хорошие текучесть и прочность.
Присадка
Присадка (ниже называемая также "химической присадкой") особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбрана в зависимости от целевого назначения из присадок, использующихся в типичных бетонных композициях. Частные примеры присадок включают обычные суперпластификаторы на основе поликарбоновой кислоты, имеющие высокую водопонижающую способность, и пеногасители, такие как пеногасители на основе простых полиоксиалкиленалкиловых эфиров.
Количество добавляемого суперпластификатора на основе поликарбоновой кислоты устанавливается подходящим образом в зависимости от бетонной композиции.
Физические свойства бетонной композиции и ее отвержденного продукта
Бетонная композиция согласно настоящему изобретению имеет следующие физические свойства.
Осадка конуса
Осадка конуса представляет собой параметр, характеризующий текучесть бетонной композиции. В способе измерения осадки конуса измерение проводится в соответствии с японским промышленным стандартом JIS A 1150 "Метод измерения растекаемости бетона по осадке конуса".
С точки зрения однородности и удобоукладываемости осадка конуса бетонной композиции по настоящему изобретению составляет 40 см или больше, предпочтительно 50 см или больше.
Прочность на сжатие
Прочность на сжатие измеряют в соответствии с японским промышленным стандартом JIS A 1108 "Метод испытания прочности на сжатие бетона". Образцы, использующиеся для измерения прочности на сжатие, имеют возраст материала (т.е., время, прошедшее от начала перемешивания бетонной композиции, т.е., с момента добавления воды в материал, придающий вяжущие свойства доменному шлаку) 7 дней и 28 дней.
Усадочная деформация (автогенная усадочная деформация и усадочная деформация при сушке)
Автогенную усадочную деформацию измеряют способом, совместимым со способом, разработанным Исследовательской группой по автогенной усадке Японского института бетона и Исследовательской группой по сверхтекучему бетону Японского института бетона. Материал вскрывают в возрасте 7 дней, и в сухой среде измеряют суммарное значение автогенной усадочной деформации и усадочной деформации сушки. Измерение усадочной деформации проводится до достижения материалом возраста 28 дней.
Способ получения бетонной композиции
Способ получения бетонной композиции по настоящему изобретению особо не ограничивается и может быть соответствующим образом выбран в зависимости от целевого назначения из способов получения, применяющихся для типичных бетонных композиций. Например, бетонную композицию можно приготовить следующим способом. В термостатическую камеру при 20°C подают все компоненты, кроме воды (например, доменный шлак и по меньшей мере одно из материала, придающего вяжущие свойства, и цемента), и перемешивают в сухом состоянии, а затем перемешивают с добавленной водой.
Оборудование, такое как смеситель, особо не ограничивается и может подходящим образом выбираться в зависимости от намеченного применения из оборудования использующегося для типичных бетонных композиций.
Примеры
Ниже настоящее изобретение будет описано на примерах. Настоящее изобретение не следует рассматривать как ограниченное приводимыми ниже примерами.
Примеры 1-23 и сравнительные примеры 1-3
Приготовление бетонных композиций
Бетонные композиции по примерам 1-23 и сравнительным примерам 1-3 получали в соответствии с составом смеси, представленным в таблицах 2-1 и 2-2. Для каждой бетонной композиции все компоненты, кроме воды, подавали в двухосный смеситель принудительного смешивания, имеющий номинальную емкость 0,1 м3 (производство Pacific Machinery & Engineering Co., Ltd., SD-100, 200В, трехфазный двигатель мощностью 7,5 кВт), в термостатической камере при 20°C, перемешивали в сухом состоянии 15 секунд, а затем перемешивали 300 секунд с добавленной водой. Количество смеси на один замес было постоянным и составляло 0,090 м3.
Сокращения, наименование продуктов, название производителя или дистрибьютора компонентов, использованных в примерах 1-23 и сравнительных примерах 1-6, представлены ниже в таблице 1.
Таблица 1
| Сокр. | Наименование продукта | Физическое свойство | Производитель/ дистрибьютор |
||
| Доменный шлак | BF | CERAMENT A | плотность: 2,89 удельная поверхность: 4460 см2/г |
DC Co., Ltd. | |
| Цемент | обычный портланд цемент | NC | − | плотность: 3,16 удельная поверхность: 3320 см2/г |
Taiheiyo Cement Corporation |
| быстро твердеющий портланд цемент | HC | − | плотность: 3,14 удельная поверхность: 4490 см2/г |
Taiheiyo Cement Corporation | |
| материал, придающий вяжущие свойства доменному шлаку | расширяющаяся добавка на основе эттрингита | EX1 | SACS | плотность: 2,93 удельная поверхность: 2850 см2/г |
Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. |
| расширяющаяся добавка на основе извести | EX2 | TAIHEIYO N-EX | плотность: 3,19 удельная поверхность: 4970 см2/г |
Taiheiyo Materials Corporation | |
| Микрокремнезем | SF | EFACO | плотность: 2,20 удельная поверхность: 200000 см2/г |
Tomoe Engineering Co., Ltd. | |
| Зола-унос | FA | FINASH (допустимая замена для JIS, тип I) | плотность: 2,40 удельная поверхность: 5540 см2/г |
Yonden Business Co., Inc. | |
| Мелкий заполнитель | Ферроникелевый шлак мелкий заполнитель | FNS | PAMCOSAND | плотность: 2,98 коэффициент водопоглощения: 2,25 |
Taiheiyo Kinzoku Corporation |
| Дробленый песок твердого известняка | HS | − | плотность: 2,62 коэффициент водопоглощения: 0,81 |
Ores Inc. | |
| Крупный заполнитель | Щебень из твердого известняка | HG | − | плотность: 2,64 коэффициент водопоглощения: 0,68 |
Ores Inc. |
| Дробленый известняк | LG | − | плотность: 2,74 коэффициент водопоглощения: 0,48 |
Toya Company Ltd. |
Таблица 2-1
| Доменный шлак | Цемент | Материал, придающий вяжущие свойства доменному шлаку | Весовое отношение цемент/доменный шлак | ||||
| расширяющаяся добавка (EX) | |||||||
| обычный портланд цемент | быстро твердеющий портланд цемент | на основе эттрингита | на основе извести | ||||
| BF | NC | HC | EX1 | EX2 | C/BF | ||
| [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [%] | ||
| Пр. | 1 | 309 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 |
| 2 | 309 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | |
| 3 | 309 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0 | |
| 4 | 307 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 5 | 253 | 56 | 0 | 20 | 0 | 22 | |
| 6 | 253 | 56 | 0 | 0 | 0 | 22 | |
| 7 | 281 | 28 | 0 | 20 | 0 | 10 | |
| 8 | 281 | 28 | 0 | 0 | 0 | 10 | |
| 9 | 281 | 0 | 28 | 20 | 0 | 10 | |
| 10 | 248 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 11 | 354 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 12 | 447 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 13 | 378 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 14 | 241 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 15 | 375 | 63 | 0 | 0 | 0 | 17 | |
| 16 | 338 | 56 | 0 | 0 | 0 | 17 | |
| 17 | 253 | 56 | 0 | 0 | 0 | 22 | |
| 18 | 225 | 50 | 0 | 0 | 0 | 22 | |
| 19 | 456 | 28 | 0 | 0 | 0 | 6 | |
| 20 | 281 | 0 | 28 | 0 | 0 | 10 | |
| 21 | 309 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | |
| 22 | 422 | 56 | 0 | 0 | 0 | 13 | |
| 23 | 253 | 56 | 0 | 0 | 0 | 22 | |
| Comp. Пр. |
1 | 0 | 458 | 0 | 0 | 0 | - |
| 2 | 307 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 3 | 516 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 |
Таблица 2-2
| Вода | Вода/доменный шлак | Микрокремнезем | Зола-унос | Мелкий заполнитель | Крупный заполнитель | ||||
| Ферро-никелевый шлак | Твердый известняк | Щебень твердого известняка | Дробленый известняк | ||||||
| W | W/BF | SF | FA | FNS | HS | HG | LG | ||
| [кг/м3] | [%] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | ||
| Пр. | 1 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 0 | 832 |
| 2 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 0 | 832 | |
| 3 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 0 | 832 | |
| 4 | 90 | 30 | 85 | 170 | 1106 | 0 | 0 | 830 | |
| 5 | 90 | 36 | 84 | 169 | 1109 | 0 | 0 | 833 | |
| 6 | 90 | 36 | 84 | 169 | 1109 | 0 | 0 | 833 | |
| 7 | 90 | 32 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 0 | 833 | |
| 8 | 90 | 32 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 0 | 833 | |
| 9 | 90 | 32 | 84 | 169 | 1106 | 0 | 0 | 803 | |
| 10 | 90 | 36 | 68 | 135 | 1175 | 0 | 0 | 885 | |
| 11 | 90 | 25 | 96 | 193 | 1055 | 0 | 0 | 793 | |
| 12 | 130 | 29 | 122 | 244 | 882 | 0 | 0 | 664 | |
| 13 | 110 | 29 | 103 | 206 | 993 | 0 | 0 | 748 | |
| 14 | 70 | 29 | 66 | 131 | 1217 | 0 | 0 | 915 | |
| 15 | 100 | 27 | 63 | 125 | 1065 | 0 | 774 | 0 | |
| 16 | 90 | 27 | 56 | 113 | 1120 | 0 | 812 | 0 | |
| 17 | 90 | 36 | 84 | 169 | 1109 | 0 | 803 | 0 | |
| 18 | 80 | 36 | 75 | 150 | 1164 | 0 | 843 | 0 | |
| 19 | 90 | 20 | 79 | 0 | 1126 | 0 | 0 | 848 | |
| 20 | 90 | 32 | 84 | 169 | 1107 | 0 | 801 | 0 | |
| 21 | 90 | 29 | 84 | 169 | 0 | 971 | 0 | 832 | |
| 22 | 90 | 21 | 84 | 0 | 1128 | 0 | 818 | 0 | |
| 23 | 90 | 36 | 84 | 169 | 0 | 975 | 803 | 0 | |
| Ср. пр. |
1 | 165 | - | 0 | 0 | 0 | 699 | 998 | 0 |
| 2 | 90 | 30 | 85 | 170 | 1106 | 0 | 0 | 830 | |
| 3 | 150 | 29 | 141 | 281 | 772 | 0 | 0 | 580 |
Сравнительный пример 2 не был ожижен. Материал сравнительного примера 3 расслаивался, поэтому его невозможно было использовать в последующих испытаниях.
Испытание на осадку конуса
Сразу после приготовления каждой бетонной композиции проводили измерение осадки конуса. Способ измерения осадки конуса основан на стандарте JIS A 1150 "Метод измерения растекаемости бетона по осадке конуса". Результаты измерения представлены в таблице 3.
Прочность на сжатие
Каждую бетонную композицию помещали в цилиндрический образец (цилиндр диаметром 100мм × 200мм) для измерения прочности на сжатие и отверждали в замкнутой среде при 20°C и отн. влажности 60%. Опалубка, использовавшаяся для всех цилиндрических образцов, представляла собой простую опалубку из стали.
Затем измеряли прочность на сжатие этих образцов на материале возрастом 7 дней в соответствии с японским промышленным стандартом JIS A 1108 "Метод испытания прочности на сжатие бетона". В качестве прочности на сжатие принимали среднее значение по трем образцам (N=3) для каждой композиции и каждой температуры отверждения. Для всех примеров прочность на сжатие измеряли на двух материалах возрастом 7 дней и 28 дней. Все образцы были отполированы на обеих торцевых поверхностях непосредственно перед проведением испытания на сжатие. Прочность на сжатие измеряли, используя компрессометр на 3000 кН (доступен от Shimadzu Corporation). Результаты измерений представлены в таблице 3.
Таблица 3
| Осадка конуса | Прочность на сжатие | ||
| Возраст материала | |||
| 7 дней | 28 дней | ||
| [см] | [Н/мм2] | [Н/мм2] | |
| Пр. 1 | 73,5 | 49,8 | 65,3 |
| Пр. 2 | 76,0 | 36,2 | 49,5 |
| Пр. 3 | 77,3 | 23,8 | 41,4 |
| Пр. 4 | 75,5 | 42,8 | 67,7 |
| Пр. 5 | 72,5 | 65,4 | 87,8 |
| Пр. 6 | 71,5 | 58,4 | 82,5 |
| Пр. 7 | 74,3 | 52,4 | 73,2 |
| Пр. 8 | 74,5 | 40,6 | 58,6 |
| Пр. 9 | 64,0 | 58,1 | 77,6 |
| Пр. 10 | 52,3 | 32,3 | 54,1 |
| Пр. 11 | 75,0 | 44,5 | 73,5 |
| Пр. 12 | 83,0 | 30,9 | 54,1 |
| Пр. 13 | 77,0 | 33,5 | 55,9 |
| Пр. 14 | 42,5 | 37,6 | 59,0 |
| Пр. 15 | 75,1 | − | 100,1 |
| Пр. 16 | 67,6 | − | 89,1 |
| Пр. 17 | 71,6 | 60,0 | 87,5 |
| Пр. 18 | 62,1 | − | 80,2 |
| Пр. 19 | 66,0 | 50,2 | 71,1 |
| Пр. 20 | 68,0 | 41,6 | 60,0 |
| Пр. 21 | 55,5 | 41,9 | 67,4 |
| Пр. 22 | 65,2 | − | 86,3 |
| Пр. 23 | 58,5 | 50,1 | 74,7 |
| Ср.пр. 1 | 37,0 | 54,7 | − |
| Ср.пр. 2 | − | − | − |
| Ср.пр. 3 | − | − | − |
Измерение усадочной деформации
Усадочную деформации бетонных композиций по примерам 16 и 22 измеряли способом, описанным ниже. Результаты представлены в таблице 4.
Усадочную деформацию измеряли способом, совместимым со способом, разработанным Исследовательской группой автогенной усадки Японского института бетона и Исследовательской группой сверхтекучего бетона Японского института бетона, до достижения материалом возраста 7 дней. Затем материал вскрывали, и в сухой среде измеряли суммарное значение автогенной усадочной деформации и усадочной деформации сушки. Результаты измерения усадочной деформации (автогенная усадочная деформация+усадочная деформация при сушке) материала в возрасте 28 дней приведены в таблице 4.
Таблица 4
| Доменный шлак | Цемент | Вода | Микро-кремнезем | Зола-унос | Мелкий заполнитель | Крупный заполнитель | Усадочная деформация | ||
| обычный портланд цемент | Ферроникелевый шлак | Твердый известняк | Щебень твердого известняка | ||||||
| BF | NC | W | SF | FA | FNS | HS | HG | ||
| [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | ||
| Пр. 16 | 253 | 56 | 90 | 84 | 169 | 1,109 | 0 | 803 | −112 |
| Пр. 22 | 253 | 56 | 90 | 84 | 169 | 0 | 975 | 803 | −784 |
В примерах 1, 2, 7 и 16, аналогично примеру 16, измеряли также усадочную деформацию. Результаты представлены в таблицах 5-1 и 5-2.
Таблица 5-1
| Доменный шлак | Цемент | Материал, придающий вяжущие свойства доменному шлаку | Весовое отношение цемент/доменный шлак | Вода | Вода/ доменный шлак |
||
| Обычный портланд цемент | Расширяющаяся добавка (EX) на основе извести |
||||||
| BF | NC | EX2 | C/BF | W | W/BF | ||
| [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [%] | [кг/м3] | [%] | ||
| Пр. | 1 | 309 | 0 | 20 | 0 | 90 | 29 |
| 2 | 309 | 0 | 10 | 0 | 90 | 29 | |
| 7 | 281 | 28 | 0 | 10 | 90 | 32 | |
| 16 | 253 | 56 | 0 | 22 | 90 | 36 |
Таблица 5-2
| Микро-кремнезем | Зола-унос | Мелкий заполнитель | Крупный заполнитель | Усадочная деформация | |||
| ферроникелевый шлак | щебень твердого известняка | дробленый известняк | |||||
| SF | FA | FNS | HG | LG | |||
| [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | |||
| Пр. | 1 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 832 | 10 |
| 2 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 832 | 72 | |
| 7 | 84 | 169 | 1105 | 0 | 833 | −41 | |
| 16 | 84 | 169 | 1109 | 803 | 0 | −112 |
Примеры 24-33 и сравнительные примеры 4-6
Получение бетонной композиции
Бетонные композиции по примерам 24-33 и сравнительным примерам 4-6 получали в соответствии с рецептурами, представленными в таблице 7. Для каждой бетонной композиции все компоненты, кроме воды, подавали в двухосный смеситель принудительного смешивания, имеющий номинальную емкость 0,1 м3 (производство Pacific Machinery & Engineering Co., Ltd., SD-100, 200В, трехфазный двигатель мощностью 7,5 кВт), в термостатической камере при 20°C, перемешивали в сухом состоянии 15 секунд, а затем перемешивали 300 секунд с добавленной водой. Количество смеси на один замес было постоянным и составляло 0,090 м3.
Сокращения, наименование продуктов, название производителя или дистрибьютора компонентов, использованных в примерах 24-33 и сравнительных примерах 4-6, представлены ниже в таблице 6.
Таблица 6
| Сокр. | Название продукта | Физическое свойство | Производитель/ дистрибьютор |
||
| Доменный шлак | CRA | CERAMENT | плотность: 2.89 удельная поверхность: 4400 см2/г |
DC Co., Ltd. | |
| Расширяющаяся добавка | EX | TAIHEIYO N-EX | плотность: 3.19 удельная поверхность: 4970 см2/г |
Taiheiyo Materials Corporation | |
| Микрокремнезем | SF | EFACO | плотность: 2.20 удельная поверхность: 200000 см2/г |
Tomoe Engineering Co., Ltd. | |
| Зола-унос | FA | FINASH (допустимая замена для JIS тип I) | плотность: 2.40 удельная поверхность: 5540 см2/г |
Yonden Business Co., Inc. | |
| Мелкий заполнитель | Ферроникелевый шлак мелкий заполнитель | FNS | PAMCOSAND | плотность: 2.98 коэффициент водопоглощения: 2,25 |
Taiheiyo Kinzoku Corporation |
| Крупный заполнитель | Щебень твердого песчаника | HG | − | плотность: 2.64 коэффициент водопоглощения: 0,68 |
Ores Inc. |
Таблица 7
| Доменный шлак | Расширяющаяся добавка (EX) | Вода | Вода/ доменный шлак |
Микро-кремнезем | Зола-унос | Мелкий заполнитель | Крупный заполнитель | ||
| Ферроникелевый шлак | Щебень твердого песчаника | ||||||||
| CRA | EX | W | W/CRA | SF | FA | FNS | HG | ||
| [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [%] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | [кг/м3] | ||
| Пр. | 24 | 309 | 20 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 |
| 25 | 309 | 40 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 26 | 309 | 50 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 27 | 309 | 10 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 28 | 309 | 5 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 29 | 309 | 3 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 30 | 275 | 20 | 80 | 29 | 75 | 150 | 1136 | 824 | |
| 31 | 344 | 20 | 100 | 29 | 94 | 188 | 1025 | 743 | |
| 32 | 413 | 20 | 120 | 29 | 113 | 225 | 913 | 663 | |
| 33 | 447 | 20 | 130 | 29 | 122 | 244 | 858 | 622 | |
| Ср. пр. | 4 | 516 | 20 | 150 | 29 | 141 | 281 | 746 | 541 |
| 5 | 309 | 0,5 | 90 | 29 | 84 | 169 | 1080 | 784 | |
| 6 | 206 | 20 | 60 | 29 | 56 | 113 | 1248 | 904 |
Материал сравнительного примера 4 расслаивался, поэтому его нельзя было использовать в последующих опытах.
Измерение осадки конуса и прочности на сжатие
Осадку конуса и прочность на сжатие бетонных композиций по примерам 24-33 и сравнительным примерам 4-6 измеряли таким же образом, как в примере 1. Результаты измерения представлены в таблице 8.
Таблица 8
| Осадка конуса | Прочность на сжатие | ||
| возраст материала | |||
| 7 дней | 28 дней | ||
| [см] | [Н/мм2] | [Н/мм2] | |
| Пр. 24 | 74,8 | 57,7 | 74,9 |
| Пр. 25 | 72,6 | 70,8 | 87,4 |
| Пр. 26 | 73,0 | 76,3 | 94,4 |
| Пр. 27 | 73,8 | 47,8 | 63,0 |
| Пр. 28 | 77,3 | 31,2 | 51,5 |
| Пр. 29 | 76,0 | 21,7 | 44,3 |
| Пр. 30 | 57,7 | 56,2 | 72,3 |
| Пр. 31 | 76,4 | 53,8 | 71,7 |
| Пр. 32 | 87,9 | 54,0 | 69,1 |
| Пр. 33 | 88,4 | 49,3 | 67,6 |
| Ср.пр. 4 | − | − | − |
| Ср.пр. 5 | − | − | 3,8 |
| Ср.пр. 6 | − | 30,5 | 34,0 |
Сравнительные примеры 5 и 6 не были ожижены.
Так как сравнительный пример 5 не отвердел на 7-й день, прочность на сжатие материала в возрасте 7 дней измерить было невозможно.
1. Бетонная композиция, содержащая:
- доменный шлак,
- по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента и
- воду,
причем содержание доменного шлака составляет от 200 до 500 кг/м3 в расчете на всю бетонную композицию,
причем удельный расход воды затворения составляет 130 кг/м3 или меньше,
причем содержание цемента меньше или равно 22 вес.% в расчете на доменный шлак, и
причем осадка конуса бетонной композиции больше или равна 40 см.
2. Бетонная композиция по п.1, причем осадка конуса больше или равна 50 см.
3. Бетонная композиция по п.1 или 2, причем удельный расход воды затворения меньше или равен 100 кг/м3.
4. Бетонная композиция по п.1 или 2, причем содержание расширяющейся добавки составляет 3 кг/м3 или больше.
5. Бетонная композиция по п.1 или 2, причем содержание расширяющейся добавки составляет 5 кг/м3 или больше.
6. Бетонная композиция по п.1 или 2, содержащая также ферроникелевый шлак.
7. Бетонная композиция по п.1 или 2, причем содержание цемента составляет 0 вес.% в расчете на доменный шлак.
8. Бетонная композиция по п.1 или 2, дополнительно содержащая известняк.
9. Бетонная композиция по п.1 или 2, причем расширяющаяся добавка является расширяющейся добавкой на основе извести.
10. Способ получения бетонной композиции, содержащей доменный шлак, по меньшей мере одно из расширяющейся добавки и цемента и воду,
- причем содержание доменного шлака составляет от 200 до 500 кг/м3 в расчете на всю бетонную композицию,
- причем удельный расход воды затворения составляет 130 кг/м3 или меньше,
- причем содержание цемента меньше или равно 22 вес.% в расчете на доменный шлак, и
- причем осадка конуса бетонной композиции составляет 40 см или больше.
