CC BY
0
Активированная сухая смесь для приготовления растворов и
мелкозернистых бетонов
1 2 2 А.П. Пустовгар , В.А. Перфилов , Д.А. Ляшенко
Московский государственный строительный университет, Москва Волгоградский государственный технический университет, Волгоград
Аннотация: В данной статье представлены разработанные составы сухих растворных смесей для приготовления мелкозернистых бетонов. Для приготовления указанных смесей была применена технология электромагнитного воздействия на сухие компоненты растворов. В результате использования магнитного поля для активизации и повышения реакционной способности смеси значительно улучшились физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов. Увеличение предела прочности образцов на сжатие достигало более 70 % по сравнению с прочностью образцов, приготовленных по обычной технологии без применения магнитной обработки сухих компонентов смеси. Ключевые слова: сухая смесь, магнитная обработка, линейно-индукционный вращатель, мелкозернистый бетон, прочность.
В процессе изготовления монолитных напольных покрытий промышленных и жилых зданий и сооружений, а также замоноличивания швов железобетонных конструкций предъявляются повышенные требования к свойствам растворных смесей и затвердевшего раствора. Для получения высококачественных составов растворов с заданной подвижностью, водоудерживающей способностью и расслаиваемостью, а также мелкозернистых бетонов на их основе, с относительно малой плотностью, высокими показателями прочности и трещиностойкости, необходимо применить технологию приготовления сухих строительных смесей, способствующую упрочнению макро- и микроструктуры полученного изделия.
В настоящее время существует множество способов приготовления сухих строительных смесей путем их диффузионного и конвективного смешивания в аппаратах различной конструкции (барабанные, лопастные, центробежные, роторно-пульсационные и др.) [1, 2]. Энергоэффективность, производительность, а главное, активация полученных смесей путем
модифицирования свойств их компонентов в таких аппаратах являются недостаточными.
В настоящее время применяются смеси, имеющие в своем составе помимо цемента и песка суперпластификатор С-3, гипс, шлак с большим содержанием алюминия и сернокислый натрий [3].
Нашли свое применение также сухие смеси, в составе которых имеется расширяющаяся добавка, в которую входят: пемза, гипс, доломит, микрокремнезем, пластификатор и др. [4].
Указанные сухие строительные смеси приготавливали путем обычного смешивания компонентов с предварительным дроблением шлакового заполнителя [3]. Основным недостатком полученных растворных смесей и мелкозернистых бетонов [3,4] является их невысокая прочность из-за низкой реакционной активности сухой смеси, приготовленной обычным смешиванием компонентов.
Существуют способы приготовления растворных и бетонных смесей, включающие предварительную активацию воды затворения с портландцементом, пластифицирующей и другими модифицирующими добавками методами механической активации [1,5]. Однако сухие компоненты смеси смешивались обычным способом без интенсивной активации, что не способствовало получению затвердевших растворов и бетонов с улучшенными физико-механическими характеристиками.
Известна технология получения сталефибробетонов с использованием предварительной электромагнитной обработки сухой смеси, включающей портландцемент, пластифицирующие и модифицирующие добавки. В качестве ферромагнитных компонентов были использованы стальные фибровые волокна [6,7]. Приготовленную таким образом сухую смесь перемешивали совместно с водой, мелким и крупным заполнителями в обычном смесителе. Однако в процессе совместного перемешивания всех
компонентов сталефибробетонной смеси в обычном смесителе происходило частичное разрушение заполнителями адсорбции мелкодисперсных частиц портландцемента и модифицирующих добавок на поверхности стальных волокон [6,7]. В результате снижается реакционная активность смеси и ухудшаются физико-механические характеристики сталефибробетона. Существуют челночные технологии изготовления бетонов с агрегированным распределением фибр [8-10], а также активизацию смеси щелочью и полипропиленовыми волокнами [11].
Влияние электромагнитной активации сухих строительных смесей, применяемых для приготовления растворов и мелкозернистых бетонов, на их физико-механические свойства в настоящее время недостаточно изучено.
Задачей исследований является получение сухих строительных смесей, растворов и мелкозернистых бетонов на их основе с улучшенными физико-механическими свойствами.
Для получения указанных материалов, используемых в железобетонных конструкциях, разработаны оптимальные составы и применена технология электромагнитного воздействия на сухие компоненты растворов или мелкозернистых бетонов.
Для изготовления растворов или мелкозернистых бетонов применялся портландцемент марки ЦЕМ 1 42,5 Н Оскольского цементного завода. Кварцевый песок с модулем крупности 1,98 был доставлен с орловского карьера Волгоградской области. Для пластификации смеси использовали известную добавку «Полипласт СП-3».
Для предотвращения образованию усадочных трещин применялись полимерные фибровые волокна, а также гипс.
С целью экономии расхода пластификатора и утилизации производственных отходов были использованы отходы теплоэнергетических производств в виде сажи.
Применение полых стеклянных микросфер в сухой смеси, подвергнутой электромагнитной обработке, способствует снижению плотности и увеличению прочности мелкозернистого бетона. Количество аппретированных стеклянных микросфер составило 10 % по отношению к расходу кварцевого песка.
Расходы пластифицирующих и расширяющихся добавок, фибровых волокон для сухой строительной смеси представлены в таблице 1.
Таблица 1
Расходы пластифицирующих и расширяющихся добавок в сухие смеси
№ п/п Наименование компонентов смеси Расход компонентов, % от массы цемента
1 2 3
1 Суперпластификатор «Полипласт СП-3» 0,4 0,5 0,6
2 Сажа 0,4 0,5 0,6
3 Гипс 2,6 2,8 3,0
4 Полимерная фибра, кг/м3 0,8 1,0 1,2
Приготовление разработанных составов сухих смесей осуществлялось с использованием линейно-индукционного вращателя (ЛИВ), рабочими элементом которого являются металлические ферромагнитные стержни. При показателе индуктивности установки, составляющей 0,2 Тл и частоте 50 Гц, продолжительность перемешивания составляла 240 секунд.
По окончании перемешивания сухих компонентов смесь затворяли водой и подвергали дополнительной обработке в обычном лопастном смесителе в течение 4-5 минут.
Полученную активированную смесь укладывали в стандартные формы размером 40х40х160 мм и оставляли на 28 суток твердеть в обычных условиях.
Параметры линейного расширения образцов определяли через 72 часа после изготовления. По окончании набора прочности образцы подвергались испытаниям для определения физико-механических свойств (см. табл. 2).
Таблица 2
Физико-механические свойства растворов и мелкозернистых бетонов
№ Подвижнос Плотность Линейное Плотность Прочность
Сос ть раствора, расширение, мелкозернистого мелкозернистого
тава раствора, кг/м3 % бетона, бетона,
см кг/м3 МПа
изгиб сжатие
1 3-4 2215 1,1 2203 7,2 63,54
2 3-4 2286 1,1 2278 8,7 71,29
3 7-8 2277 1,2 2263 7,9 68,78
Сос 3-9 1,4 40,1-
тав 55,9
[3]
В результате проведенных экспериментов установлено (см. табл. 2), что во всех разработанных составах на основе активированных электромагнитной обработкой сухих смесей при подвижности растворной смеси (3-8 см) и удовлетворительном линейном расширении (1,2 %) предел прочности на сжатие по сравнению с известными не активированными составами [3] увеличился на 71,5 % при подвижности 7-8 см и - на 27,5 % при подвижности 3-4 см.
Максимальные значения прочности были получены у состава 2 (см. табл. 2), в котором подобрано оптимальное содержание фибровых волокон (1,0 кг/м3),
сажевых отходов совместно с суперпластификатором «Полипласт СП-3» в соотношении 1:1 (1,0 % от массы портландцемента) и гипса (2,8 % от массы портландцемента). При увеличении расходов указанных
компонентов смеси прочность незначительно падает, что может быть связано с увеличением расхода гипса, способствующего некоторому повышению пористости мелкозернистого бетона.
Таким образом, введение в активированную сухую строительную смесь пластифицирующей и углеродной добавок, гипса, стеклянных микросфер, повышающих, в том числе, коррозионную стойкость, волокнистых фибровых волокон способствовало упрочнению микро- и макроструктуры цементной матрицы, улучшению физико-механических свойств раствора и затвердевшего мелкозернистого бетона.
Полученные составы тяжелых мелкозернистых бетонов, имеющие плотность более 2200 кг/м и прочность на сжатие 63 - 71 МПа, обладают также высокой морозостойкостью; не менее 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Упрочнение макроструктуры полученных составов мелкозернистых бетонов путем введения полимерных фибровых волокон позволило увеличить прочность на растяжение при изгибе от 7,2 МПа до 8,7 МПа, что способствует увеличению характеристик трещиностойкости и долговечности.
Литература
1. Антропова Е.А., Дробышевский Б.А., Бялик Б.Ф., Мазур В.Н. Способ приготовления модифицированной сталефибробетонной смеси и модифицированная сталефибробетонная смесь. Патент на изобретение № 2214986, Бюллетень № 30, от 27.10.2003 г. 6 с.
2. Усов Б.А. Технология сухих строительных смесей - многоступенчатая безводная активация компонентов при их производстве // Информационный научно-технический журнал «Сухие строительные смеси». Москва: МГСУ, 2007. № 2, С. 48-51.
3. Хозин В.Г., Морозова Н.Н., Хохряков О.В. Сухая цементно-песчаная смесь // Патент на изобретение № 2259964, Бюллетень № 5 от 10.05.2005 г. 7 с.
4. Базоев О.К. Сухая цементно-песчаная смесь «Прогресс-11» // Патент на изобретение № 2144908, Бюллетень № 3 от 27.01.2000 г. 5 с.
5. Пименов С.И., Ибрагимов Р.А. Влияние механической активации цементной суспензии на физико-технические свойства цементных композиций // Фундаментальные основы строительного материаловедения. Сборник докладов Международного онлайн-конгресса. Белгородский государственный технологический университет. Белгород: 2017. С. 797-805.
6. Перфилов В.А. Способ приготовления модифицированной фибробетонной смеси и модифицированная фибробетонная смесь / Патент на изобретение № 2397069, Бюллетень № 23 от 20.08.2010 г. 6 с.
7. Перфилов В.А. Способ приготовления модифицированной фибробетонной смеси и модифицированная фибробетонная смесь / Патент на изобретение № 2433038, Бюллетень № 31 от 10.11.2011 г. 6 с.
8. Маилян, Л.Р., Налимова, А.В., Маилян, А.Л., Айвазян, Э.С. Челночная технология изготовления фибробетона с агрегированный распределением фибр и его конструктивные свойства // Инженерный вестник Дона, 2011, №4. URL : ivdon. ru/magazine/archive/n4y2011/714
9. Маилян, Л.Р., Маилян А.Л., Айвазян Э.С. Расчетная оценка прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон // Инженерный вестник Дона, 2013, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1760
10. Bentur А., Mindess S. Fiber reinforced cementitious composites. Elsevier Applied Sience. London & New York, 1990. pp. 348—351.
11. Wang L., Tan X. Preparation and properties of alkali activated foam cement reinforced with poly-propylene fibers // Journal of Wuhan University of Technology-Mater Sci Ed. 2011. № 26 (5). P. 960-964. URL: //doi.org/10.1007/s11595-011-0345-7.
References
1. Antropova E.A., Drobyshevskij B.A., Byalik B.F., Mazur V.N. Sposob prigotovleniya modificirovannoj stalefibrobetonnoj smesi i modificirovannaya stalefibrobetonnaya smes' [A method for preparing a modified steel-fiber concrete mixture and a modified steel-fiber concrete mixture]. Patent na izobretenie № 2214986, Byulleten № 30, ot 10.27.2003 g. 6 p.
2. Usov B.A. Informacionnyj nauchno-tekhnicheskij zhurnal «Suhie stroitel'nye smesi». Moskva: MGSU, 2007. № 2, pp. 48-51.
3. Hozin V.G., Morozova N.N., Hohryakov O.V. Suhaya cementno-peschanaya smes' [Dry cement-sand mixture]. Patent na izobretenie № 2259964, Byulleten № 5 ot 10.05.2005. 7 p.
4. Bazoev O.K. Suhaya cementno-peschanaya smes' «Progress-11» [Dry cement-sand mixture "Progress-11"]. Patent na izobretenie № 2144908, Byulleten № 3 ot 27.01.2000 g. 5 p.
5. Pimenov S.I., Ibragimov R.A. Vliyanie mekhanicheskoj aktivacii cementnoj suspenzii na fiziko-tekhnicheskie svojstva cementnyh kompozicij Fundamental'nye osnovy stroitel'nogo materialovedeniya. Sbornik dokladov Mezhdunarodnogo onlajn-kongressa. Belgorodskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet. Belgorod: 2017. pp. 797-805.
6. Perfilov V.A. Sposob prigotovleniya modificirovannoj fibrobetonnoj smesi i modificirovannaya fibrobetonnaya smes' [The method of preparation of the modified fibroconcrete mixture and the modified fibroconcrete mixture]. Patent na izobretenie № 2397069, Byulleten № 23 ot 20.08.2010 p. 6 p.
7. Perfilov V.A. Sposob prigotovleniya modificirovannoj fibrobetonnoj smesi i modificirovannaya fibrobetonnaya smes' [The method of preparation of the modified fibroconcrete mixture and the modified fibroconcrete mixture]. Patent na izobretenie № 2433038, Byulleten № 31 ot 10.11.2011 g. 6 р.
8. Mailyan, L.R., Nalimova, A.V., Mailyan, A.L., Ajvazyan, E.S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2011, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/714
9. Mailyan, L.R., Mailyan A.L., Ajvazyan E.S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1760
10. Bentur A., Mindess S. Fiber reinforced cementitious composites. Elsevier Applied Sience. London & New York, 1990. pp. 348—351.
11. Wang L., Tan X. Journal of Wuhan University of Technology-Mater Sci Ed. 2011. № 26 (5). pp. 960-964. URL: doi.org/10.1007/s11595-011-0345-7.
Дата поступления: 29.10.2023 Дата публикация: 9.12.2023
