CC BY
6УДК 666.952.2
БЕЗУСАДОЧНЫЕ РАСТВОРЫ С ДОБАВКОЙ ВЯЖУЩЕГО НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ
Е.Ю. Хижинкова, Н.В. Музалевская, Е.С. Конюшенко, М.В. Костик
В статье изложены результаты исследования собственных деформаций растворного камня с различным содержанием вяжущего низкой водопотребности на основе высококальциевой золы ТЭЦ и суперпластификатора С-3. Приведены результаты исследований прочностных характеристик полученных растворов.
Ключевые слова: вяжущее низкой водопотребности, высококальциевая зола ТЭЦ, суперпластификатор С-3, цементно-песчаный раствор, собственные деформации камня.
ВВЕДЕНИЕ
Физико-химические процессы схватывания и твердения обычных цементов сопровождаются суммарной усадкой, выражающейся в уменьшении внешнего объема твердеющего камня на протяжении длительного периода. Особенно данная проблема характерна для высокоподвижных строительных растворов в связи с большими значениями водоце-ментного отношения.
Введение высококальциевой золы ТЭЦ (ВКЗ) позволяет компенсировать усадочные деформации цементного камня. За счет ее фазового состава [1, 2] расширение будет обеспечиваться гидратацией пережженных оксидов кальция и магния и образованием дополнительного количества эттрингита и эт-трингитоподобных фаз. Повышенное водопо-требление растворов и бетонов устраняется применением пластификаторов. Поэтому целью работы являлась разработка состава вяжущего низкой водопотребности на основе высококальциевой золы с суперпластификатором С-3, обеспечивающего безусадочное твердение раствора.
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В исследованиях применялись портландцемент Голухинского цементного завода М400 Д20, высококальциевая зола Барнаульской ТЭЦ-3 с содержанием суммарного СаОсвоб 6,6%, суперпластификатор С-3, песок речной поймы реки Обь с модулем крупности Мкр = 1,3.
Вяжущее низкой водопотребности (ВНВ) изготавливалось путем совместного помола высококальциевой золы и 2 %, 6 % и 10% суперпластификатора С-3 в стандартной лабораторной шаровой мельнице типа МБЛ - 5
при 50% энергии помола. За 100% принимались затраты энергии на стандартный помол 95% клинкера и 5% двуводного гипса на портландцемент.
Из цементно-песчаного раствора состава 1:3, в котором часть массы песка заменялась на ВНВ в количестве от 10% до 70% от массы цемента, формовались образцы-балочки размером 40 х 40 х 160 мм с реперами и без, которые хранились в нормальных условиях. Собственные деформации растворного камня определялись на образцах-балочках с реперами по ГОСТ 24544-81 на индикаторе часового типа в течение месяца через день, а затем через каждые 2 дня. Прочностные характеристики устанавливались на 3, 7, 14 и 28 сутки в соответствии с ГОСТ 5802-86.
За контрольные были приняты бездобавочный цементно-песчаный раствор (К1) и составы, в которых 10 % ПЦ заменялось на вяжущее низкой водопотребности, полученное путем помола цемента и соответствующего количества С-3 (К2 - 2% С-3, К3 - 6% С-3, К4 - 10% С-3 соответственно).
Водопотребность растворной смеси контролировалась путем погружения эталонного конуса по ГОСТ 5802-86. Для марки по подвижности Пк 2 погружение конуса составляло 5 см, а для марки Пк 4 - 14 см.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При анализе зависимости собственных деформаций растворов от зольной добавки ВНВ и количества С-3 в ней в ранние сроки твердения (рисунок 1) видно, что наибольший расширяющий эффект показывают составы с максимальным количеством добавки вяжущего низкой водопотребности и суперпластификатора С-3. В последующие сроки твердения
(рисунок 2) зависимость удлинения от ВНВ и С-3 сохраняется. Собственные деформации больше зависят от содержания ВНВ, т.е. от количества высококальциевой золы, чем от С-3. Это можно объяснить присутствием свободного СаО и тем, что при твердении золы
содержащиеся в ее составе алюминаты кальция гидратируют в присутствии Са(ОН)2 и гипса с образованием значительного количества эттрингитоподобных фаз, что приводит к объемному расширению золосодержащих материалов.
Рисунок 1 - Зависимость линейных деформаций растворного камня (погружение конуса 5 см) на 3 сутки твердения от содержания ВНВ и количества С-3 в нем (Ц мм/м: К1 = -0,1;
К2 = -0,05; К3 = -0,12; К4 = -0,04)
Я = 0.98
L, мм/м
Рисунок 2 - Зависимость линейных деформаций растворного камня (погружение конуса 5 см) на 28 сутки твердения от содержания ВНВ и количества С-3 в нем (L, мм/м: К1 = -1,13;
К2 = -0,63; К3 = -0,49; К4 = -0,39)
На ранних сроках твердения наилучшими с точки зрения безусадочности являются составы с добавкой ВНВ от 50% до 70%, в которых содержание С-3 от 6% до 10%. При дальнейшем твердении состав, содержащий максимальное количество вяжущего низкой водопотребности и суперпластификатора в нем, дает расширение, приближающееся к критическому. Поэтому оптимальными безусадочными составами (рисунок 2) будут являться растворы с содержанием от 50% до 70% добавки зольного ВНВ и количеством С-3 в нем от 2% до 6 % (от 1,0% до 4,2% С-3 по массе цемента).
При подвижности растворной смеси 14 см наблюдается ярко выраженная зависимость собственных деформаций на 3 сутки нормального твердения от добавки зольного ВНВ (рисунок 3). Зависимость от содержания С-3 прослеживается только при небольшом содержании добавки зольного вяжущего низкой водопотребности в составе раствора.
Составы подвижности Пк 4 с добавкой ВНВ от 50% до 60% и количеством суперпластификатора С-3 от 2% до 10% (от 1% до 6% С-3 по массе цемента) обеспечивают безусадочное твердение раствора (рисунок 4).
При анализе прочностных характеристик полученных растворов установлена зависимость прочности при сжатии как от количества С-3, так и от дозировки самой добавки вяжущего низкой водопотребности. При этом
максимальную прочность при подвижности растворной смеси 5 см показывают растворы с зольным ВНВ 50 - 70% и количеством С-3 2-4% (рисунок 5). Это выше прочности бездобавочного контроля на 41% , а прочности контроля с добавкой ВНВ на основе ПЦ и 2% С-3 на 77%.
При подвижности растворной смеси 14 см (рисунок 6) максимальная прочность достигается составами с добавкой вяжущего низкой водопотребности 50-70% с содержанием С-3 1- 3%, что выше прочности контроля бездобавочного и с добавкой ВНВ на основе ПЦ и С-3 2% на 62% и 123% соответственно.
При подвижности растворной смеси Пк 2 прочность уменьшается значительно при содержании С-3 в составе ВНВ выше 6%. Для растворов с погружением конуса 14 см отрицательное влияние повышенного количества суперпластификатора на прочность проявляется только после введения ВНВ более 2030%. Увеличение доли добавки ВНВ, содержащего С-3 более 6%, значительно ухудшает прочностные свойства раствора из-за деструктивных явлений в процессе гидратации золы, связанных с объемным расширением свободной извести и образованием эттрингт-та и эттрингитоподобных фаз в плотной структуре. При малых дозировках С-3 увеличение части золы уменьшает количество инертного заполнителя и оказывает только положительное влияние на систему.
Рисунок 3 - Зависимость линейных деформаций растворного камня (погружение конуса 14 см) на 3 сутки твердения от содержания ВНВ и количества С-3 в нем (Ц мм/м: К1 = -0,23;
К2 = -0,2; К3 = -0,18; К4 = -0,12)
К =0.94
Рисунок 4 - Зависимость линейных деформаций растворного камня (погружение конуса 14 см) на 28 сутки твердения от содержания ВНВ и количества С-3 в нем мм/м: К1 = -0,7;
К2 = -0,62; К3 = -0,6; К4 = -0,45)
Я=0.86
Рисунок 5 - Зависимость прочности раствора от количества суперпластификатора С-3 и добавки ВНВ на 28 сутки при подвижности растворной смеси 5 см ^сж, МПа: К1 = 28,3;
К2 = 22,6; К3 = 23,7; К4 = 23,3)
R= 0,81
Прочность
10 о
Рисунок 6 - Зависимость прочности раствора от количества суперпластификатора С-3 и добавки ВНВ на 28 сутки при подвижности растворной смеси 14 см ^сж, МПа: К1 = 18,47;
К2 = 13,4; К3 = 21,73; К4 = 22,0)
ВЫВОДЫ
1. Высококальциевая зола в составе вяжущего низкой водопотребности оказывает большее влияние на собственные деформации растворного камня по сравнению с С-3. Фазовый состав ВКЗ обеспечивает объемное расширение золосодержащих материалов за счет гашения пережженных Cao и MgO и формирования дополнитеьлного количества эттрингитоподобных фаз.
2. Наибольшее расширение показывает состав с максимальным количеством ВНВ и суперпластификатора С-3. В плотных системах расширяющий эффект высококальциевой золы проявляется ярче. Оптимальными с точки зрения безусадочности являются составы с количеством добавки ВНВ от 50% до 70% от массы ПЦ и содержанием в нем су-перплатификатора 2- 6%.
3. Максимальную прочность на 28 сутки твердения показывают растворы с содержанием зольного ВНВ 50-70% и количеством С-3 в нем 1-3%. При увеличении С-3 в составах с повышенным содержанием золы из-за
плотной структуры возникают деструктивные явления, снижающие прочность камня. При малых дозировках С-3 увеличение части золы уменьшает количество инертного заполнителя и оказывает только положительное влияние на прочность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Овчаренко, Г.И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах / Г.И. Овчаренко. - Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1992. -216 с.
2. Овчаренко, Г.И. Безусадочные цементно-зольные композиции / Г.И. Овчаренко, Е.Ю. Хи-жинкова, Н.В. Музалевская, Т.С. Балабаева // Известия вузов. Строительство, 2010 - №9. - С. 7375.
Хижинкова Е.Ю. - к.т.н., доцент, Музалевская Н.В. - аспирант, Конюшенко Е.С.
- студент, Костик М.В. - студент, Алтайский государственный технический университет, E-mail: egogo1980@mail.ru.
