Бетоны
со сниженым высолообразованием
Клочков А.В. аспирант,
Жерновский И.В. к.г-м.н., доцент, Фоменко Ю.В. к.т.н., Строкова В.В. док.
техн. наук, проф. каф. СМИиК,
БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород.
Для определения оптимального состава бетонной смеси со
сниженным высолообразованием, разработку необходимо производить в два этапа:
выбор исходных материалов, обладающих необходимыми свойствами в конкретных
условиях производства и применения, и определение оптимального количественного
соотношения между компонентами бетонной смеси. Все эти условия должны быть
выполнены при минимальном расходе вяжущего, т.к. это является основным
критерием оптимального состава бетонной смеси[1].
Как известно, свойства мелкозернистого бетона зависят
от свойств вяжущего, водоцементного отношения, методов уплотнения бетонной
смеси и качества заполнителя. Свойства заполнителя определяются
структурно-текстурными характеристиками исходной породы, минеральным составом,
типоморфными особенностями и, как следствие, активностью и морфологией поверхности[2].
Изучение кварцевых природных и техногенных песков, а
также опыт получения вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) на наполнителях различных
генетических типов[3] свидетельствует о том, что наиболее эффективным является
применение кварцевого сырья с низкой степенью кристалличности. В связи с этим в
качестве компонента ВНВ был выбран кварц кварцитопесчаников зеленосланцевой
фации метаморфизма Лебединского месторождения (КМА, РФ) в виде отсева дробления,
который в силу типоморфных особенностей отличается повышенной степенью
дефектности различных порядков и, как следствие, более интенсивной
размалываемостью и высокой реакционной способностью.
В качестве кварцевого компонента, как при разработке
составов с плотнейшей упаковкой, так и при приготовлении композиционных вяжущих
помимо отсева использовались осадочные породы − песок ОАО «Вяземское карьероуправление» (табл. 1, 2). Для разработки состава ВНВ–50
использовался цемент ЦЕМ I 42,5 Н производства ЗАО
«Белгородский цемент» и суперпластификаторы [4]– Melment F10, Melflux
1641 F, для которых был произведен подбор их оптимальной концентрации.
Таблица 1
Физико-механические
свойства природного и техногенного песков
Вид сырья |
Модуль крупности |
Плотность, кг/м3 |
Водопотребность, % |
||
средняя |
истинная |
насыпная |
|||
Вяземский песок |
2,7 |
1560 |
2610 |
1500 |
6 |
Отсев дробления кварцитопесчаника |
3,7 |
1520 |
2710 |
1415 |
5,5 |
Таблица 2
Химический состав
кварцевого сырья
Вид сырья |
Содержание оксидов по массе, % |
||||||||||
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
MgO |
Na2O |
K2O |
SO3 |
TiO2 |
CaO |
п.п.п |
|
Вяземский песок |
93,2 |
2,1 |
0,75 |
– |
0,3 |
0,24 |
0,35 |
0,06 |
0,12 |
1,5 |
1,1 |
Кварцитопесчаник |
94,32 |
2,61 |
0,42 |
0,81 |
0,66 |
0,22 |
0,65 |
0,01 |
0,16 |
0,46 |
0,65 |
Разработаны составы ВНВ–50 на основе слабо упорядоченного кварца пород
зеленосланцевой фации метаморфизма. Использование композиционных вяжущих
позволяет решить несколько задач: снижение расхода цемента; связывание Са(ОН)2
аморфизованной фазой кремнеземистого компонента; увеличение плотности
цементного камня за счет заполнения микропор вторичными продуктами реакций
пуццоланового типа и благодаря присутствию в составе вяжущего пластифицирующих
добавок.
Высокая эффективность использования в мелкозернистых вибропрессованных
бетонах высокоплотных смесей при условии применения высококачественного
кварцевого заполнителя, полной обмазки и минимальной раздвижки зерен цементным
тестом, обусловлена созданием контактной структуры материала и, тем самым,
повышением прочности и плотности материала за счет вовлечения в работу
заполнителя и создания его зернами структурного каркаса бетона. Эти же факторы
позволяют снизить вероятность коррозии выщелачивания[5].
Показано, что максимальный эффект достигается при увеличении соотношения
«цемент / отсев кварцитопесчаника» при использовании высокоплотного состава с
1/3 до 1/3,5 (табл. 3). Это позволяет уменьшить толщину раздвижки зёрен
заполнителя цементным тестом до 30 мкм и, тем самым, не только повысить
прочность и плотность материала, но и снизить расход вяжущего с 600 до 540 кг.
В результате оптимизации микроструктуры цементного камня за счет
применения ВНВ и увеличения плотности упаковки заполнителя обеспечивается рост
прочности мелкозернистого бетона и снижение высолообразования в
эксплуатационный период. На основе композиционных вяжущих и высокоплотных
составах заполнителя разработаны составы бетона для технологии
вибропрессования. Предложенные составы позволяют получать готовые изделия с
малодефектной структурой бетона, увеличить прочность на 6–25 % (табл. 3) в
зависимости от типа заполнителя и вида добавки.
Таким образом, предложены принципы проектирования мелкозернистого
бетона с пониженным высолообразованием, за счет оптимизации составов и
структуры на стадии подбора компонентов бетонной смеси, что способствует
повышению плотности материала и снижению содержания растворимых компонентов.
Показана целесообразность использования в качестве кремнеземисто компонента
композиционных вяжущих мономинеральных кварцевых пород зеленосланцевой фации
метаморфизма. Установлено, что для увеличения плотности бетонной смеси путем
создания плотнейшей упаковки рациональным является применение заполнителя с
коэффициентом качества ≥ 0,9.
Таблица 3
Физико-механические характеристики мелкозернистого
бетона в зависимости от состава
№ п/п |
Состав* |
Расход материалов на 1 м3 смеси, кг |
Возраст, сутки |
Rсж, МПа |
Водопог-лощение, % |
Истирае-мость, % |
Морозо-стойкость |
Степень высолообра-зования** |
||
вяжущее |
мелкий заполнитель (Вяземский песок) |
вода |
||||||||
1. |
ВНВ–50 Песок Melflux 1641 F = 0,60 |
491 (245,5) |
1620 |
82,5 |
3 |
20,13 |
3,4 |
0,32 |
200 |
--- |
7 |
28,1 |
|||||||||
14 |
23,5 |
|||||||||
28 |
44,5 |
|||||||||
2. |
ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65 |
475 (237,5) |
1620 |
77,19 |
3 |
21 |
3,0 |
0,30 |
200 |
--- |
7 |
31 |
|||||||||
14 |
39 |
|||||||||
28 |
49 |
|||||||||
3. |
ВНВ–50 Песок Melment F10 = 1,427 |
491,7 (245,5) |
1620 |
82,5 |
3 |
20,5 |
3,6 |
0,33 |
150 |
+-- |
7 |
27,6 |
|||||||||
14 |
34,6 |
|||||||||
28 |
42,2 |
|||||||||
4. |
ВНВ–50 ОКВП Melment F10 = 1,5 |
488 (244) |
1620 |
81,15 |
3 |
22 |
3,2 |
0,30 |
200 |
--- |
7 |
28 |
|||||||||
14 |
38 |
|||||||||
28 |
45 |
|||||||||
5. |
Высокоплотный 1:3 ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65 |
500 (250) |
1800 |
138 |
3 |
20,2 |
3,0 |
0,30 |
200 |
--- |
7 |
27,8 |
|||||||||
14 |
37 |
|||||||||
28 |
49 |
|||||||||
6. |
Высокоплотный 1:3,5 ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65 |
440 (220) |
1874 |
122 |
3 |
22 |
3,0 |
0,30 |
200 |
--- |
17 |
35 |
|||||||||
14 |
50 |
|||||||||
28 |
55 |
Примечание:
*ОКВП – отсев дробления кварцитопесчаника; **+-- незначительное количество
высолов; --- высолы отсутствуют; на бетонах, полученных по заводским составам
степень высолообразования – высокая
Список использованных источников:
1.
Строкова В. В. О влиянии
размерных параметров полиморфных модификаций кварца на его активность в
композиционных вяжущих В. В. Строкова,
И. В. Жерновский, Ю. В. Фоменко //Белгород: НТЖ «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова»,
2007. – С. 48 – 49.
2.
Розенталь, Н. К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой
и особо низкой проницаемости : автореф. дис. . докт. техн. наук / Розенталь Н.
К. Москва, 2005. – 36 с.
3.
Баженов, Ю. М.
Многокомпонентные мелкозернистые бетоны / Ю. М. Баженов // Строит, материалы,
оборудование, технологии XXI века. –2001.–№10.–С. 24.
4.
Батраков, В. Г. Суперпластификаторы в производстве железобетонных конструкций /
В. Г. Батраков // Бетон и железобетон. 1981. – № 9. – С. 7–9.
5.
Строкова, В. В.
Управление процессами синтеза строительных материалов с учетом типоморфизма
сырья / В. В. Строкова // Строит, материалы. Приложение «Наука»,
№ 4. М., 2004. – № 9. – С. 2–5.