CC BY
105
УДК 666.92 + 622,73
А. А. Панина, А. В. Корнилов, Т. З. Лыгина, Е. Н. Пермяков
БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА С МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ
Ключевые слова: бетон, портландцемент, добавка, прочность.
Показано, что применение в качестве вяжущего вещества портландцемента с добавкой - наполнителем (механоактивированной в электромассклассификаторе цеолитсодержащей кремнистой породой) позволяет повысить марку бетона с М200 до М250 - М300.
Keywords: concrete, Portland cement, additive, strength.
The application as knitting substance Portland cement with the additive - filling (activated at the electromassclassificator zeolite-containig siliceous rock) allows to raise mark of concrete with М200 to М250 - М300.
Введение
Изменять свойства бетона можно используя различные сырьевые материалы и технологические приемы, в частности применять в качестве вяжущего вещества портландцемент с минеральными дисперсными наполнителями, имеющего более высокие прочностные характеристики. Известно, что чем выше марка взятого цемента, тем выше будет и марка полученного бетона (при прочих равных условиях). Также на строительно-технические свойства бетонов влияет вид крупного заполнителя: плотный (например, полученный из гранита) или с меньшим значением плотности (полученный из низкопрочных карбонатных пород). При этом имеет значение и характер поверхности зерен, отсутствие в них вредных примесей. В связи с этим были проведены исследования по использованию разработанных нами смесей портландцемента с добавками-наполнителями (механоактивированными цеолитсодержащей кремнистой породой и волластонитом) для получения бетона, в котором в качестве заполнителя использовался щебень различной прочности. Механоактивация сырьевых компонентов и цементной шихты в различных аппаратах является эффективным способом влияния на структуру и свойства вяжущих веществ. Например, механоактивация цементной шихты в мельнице «Активатор -2 8Ь» приводит к повышению прочностных свойств портландцемента [1].
Эффективной добавкой к портландцементу является механоактивированная в
электромассклассификаторе цеолитсодержащая
кремнистая порода с размером частиц меньше 200 мкм в количестве 10-20 %. Ее применение приводит к увеличению прочности при сжатии цемента в 1,4 раза. В результате повышается марка портландцемента при удовлетворяющих требованиям стандарта показателях сроках схватывания, дисперсности и равномерности изменения объема [2].
Введение в портландцемент 10-15% механоактивированного волластонита с размером частиц менее 40мкм приводит к повышению более чем на 20% прочности при сжатии. Данную добавку-наполнитель по сравнению с неактивированным волластонитом можно вводить в цемент в большем
количестве без ухудшения его прочностных характеристик [3, 4].
Экспериментальная часть
Для приготовления бетонных образцов использовались наиболее оптимальные смеси портландцемента с добавками - наполнителями. Содержание волластонита в смеси составляло 15%, цеолитсодержащей кремнистой породы - 10%. Из цеолитсодержащей породы в процессе механоактивации было получено 2 фракции различной дисперсности (№2 Ц-1 и Ц-2), которые и вводили в портландцемент [5].
В качестве крупного заполнителя применялся прочный гранитный щебень с маркой по дробимости 1400 (проба № ГЩ) и щебень марки 800, полученный из карбонатных пород (проба № КЩ). Свойства заполнителей приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Свойства гранитного и карбонатного щебня фракции 5-10мм
№ пробы Насыпная плотность, кг/м3 Истинная плотность, г/см3 Средняя плотность, г/см3 Пустотность, % Пористость, % Водопоглощение, % Истираемость, %/марка
ГЩ 1420 2,93 2,85 50 2,7 0,8 1,8/ И1
КЩ 1175 2,74 2,49 53 9,1 2,7 25,3 /И2
Бетонные образцы для определения прочностных свойств и морозостойкости были изготовлены в соответствии с ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Проектирование бетонной смеси проводилось по заданному расходу цемента -250 кг/м3. Состав бетонной смеси с гранитным щебнем (№№ Б-1): цемент - 250 кг/м3, песок - 760,5 кг/м3, щебень - 1408,2 кг/м3; с карбонатным щебнем (№ Б-2): цемент - 250 кг/м3, песок - 838,0 кг/м3 , щебень - 1180,3 кг/м3. Составы смесей, в которых применялся цемент с минеральными добавками-
наполнителями (волластонитом - № Б-1В и Б-2В, цеолитсодержащей кремнистой породой - № Б-1Ц-1 и № Б-1Ц-2), аналогичны. Отформованные образцы-кубики размером 70х70х70мм выдерживались в течение 28 суток под слоем влажного песка.
Результаты и их обсуждение
Результаты определения прочности при сжатии приведены в табл. 2.
Портландцемент с цеолитсодержащей кремнистой породой увеличивает прочность бетонных образцов с гранитным заполнителем на 15-20%. При этом наибольшее значение прочности при сжатии (29,5МПа) имеют бетонные образцы, изготовленные на основе портландцемента с добавкой № Б-1Ц-2. Марка данного бетона М300, класс - В22,5.
Таблица 2 - Прочностные характеристики бетонных образцов
Примечание:* В бетонах использовался портландцемент разных партий.
Бетонные образцы имеют марку по морозостойкости Б50 и Б100. После 15 циклов «замораживание - оттаивание» потеря прочности при сжатии у данных образцов составляет 0,5-2,0 %. С увеличением циклов значения прочности при сжатии в основном также меньше значений, полученных для образцов, не подвергнутых испытанию по определению морозостойкости. Однако в некоторых вариантах наблюдается незначительное увеличение.
Это может быть обусловлено, по-видимому, методикой испытаний. Вначале осуществляется замораживание бетона, вызывающее его деструкцию, затем размораживание с последующей выдержкой при положительной температуре. В это время могут происходить процессы гидратации клинкерных минералов и твердения цемента.
У образцов, в которых процессы структурообразования являлись преобладающими, наблюдается определенное повышение прочности. С развитием деструктивных процессов происходит снижение прочности бетона.
Применение в качестве вяжущего портландцемента с добавкой 15% волластонита приводит к некоторому снижению (на 23%) прочности при сжатии. Более заметное уменьшение данного параметра (~ в 2 раза) происходит у образцов с карбонатным заполнителем.
Таким образом, применение при получении бетона в качестве вяжущего вещества портландцемента с механоактивированным минеральным наполнителем (цеолитсодержащей кремнистой породой) позволяет повысить марку изделий с М200 до М250 - М300. Процесс активации добавки-наполнителя может быть проведен в электромассклассификаторе и планетарной мельнице типа «Активатор».
Литература
1. Д.С. Цыплаков, Е.Н. Пермяков, Т.З. Лыгина, А.В Корнилов, Оборудование для обогащения рудных и нерудных материалов. Технологии обогащения. Мат-ы 1Х междун. научно-практ. конф. (Новосибирск, Россия, 7-9 ноября 2012). Изд-во «Сибпринт». Новосибирск, 2013. С. 154-156.
2. Пат. Российская Федерация 2440939 (2012).
3. Пат. Российская Федерация 2476391 (2013).
4. А.А. Панина, А.М. Губайдуллина, А.В. Корнилов, Вестник Казанского технологического университета, 17, С. 41-45 (2011).
5. А.В. Корнилов, В.А. Гревцев, К.Г. Николаев, Т.П. Конюхова, Е.Н. Пермяков, Вестник Казанского технологического университета, 6, С. 68-73(2009).
1 п Прочность при сжатии
й о после циклов
§ s е я замораживания и й к с с
ё g бс с, ои оттаивания, МПа ар а Ü
£ м М
й л ^ t-T u 15 25 40 80
Б-1 24,3* 22,3 21,2 24,1 23,5 М200 В15
Б-1В 18,8 18,8 19,0 21,0 22,2 М150 В12,5
Б-1 Ц-1 29,5 28,7 28,3 32,9 29,0 М300 В22,5
Б-1 Ц-2 28,1 26,1 25,2 26,8 20,6 М250 В20
Б-2 25,9* 25,7 25,9 25,9 26,4 М200 В15
Б-2В 12,8 12,6 14,9 9,4 5,3 М100 В7,5
© А. А. Панина - науч. сотр. ФГУП ЦНИИгеолнеруд, асп. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ, panina273@yandex.ru; А. В. Корнилов - д-р техн. наук, вед. науч. сотр. ФГУП ЦНИИгеолнеруд, проф. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ, technology-geolnerud@yandex.ru, Т. З. Лыгина - д-р геол.-мин. наук, зам. ди. по науке ФГУП ЦНИИгеолнеруд, проф. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ; Е. Н. Пермяков -канд. техн. наук, зам. зав отдела технологических испытаний ФГУП ЦНИИгеолнеруд, technology-geolnerud@yandex.ru.
