CC BY
164
УДК 666.97
Ю.М. Баженов, Н.П. Лукутцова*, Е.Г. Карпиков*
ФГБОУВПО «МГСУ», *ФГБОУВПО «БГИТА»
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКСНОЙ МИКРОДИСПЕРСНОЙ ДОБАВКОЙ
Разработана комплексная микродисперсная добавка, получаемая путем совместного помола кварцевого песка, суперпластификатора С-3 и стеарата кальция, позволяющая получить мелкозернистый бетон с прочностью при сжатии до 50 МПа, при изгибе до 8,3 МПа, водопоглощением 1,4 % и морозостойкостью более Р75.
Ключевые слова: мелкозернистый бетон, комплексная микродисперсная добавка, кварцевый песок, суперпластификатор С-3, стеарат кальция, прочность, водопоглощение.
Существенным резервом увеличения производства и снижения себестоимости строительных материалов является использование как отходов промышленности, так и некондиционных сырьевых материалов. В настоящее время особое внимание уделяется переработке техногенных отходов, применению некондиционных сырьевых материалов и созданию ресурсосберегающих технологий. Однако такое сырье вследствие специфики его образования характеризуется существенными отличиями от специально добываемого сырья для строительных материалов [1].
Традиционно для приготовления бетонов в качестве микродисперсных добавок используется микрокремнезем. Альтернативой является применение модифицирующих микродисперсных добавок на основе кварцевого песка, обеспечивающих высокие физико-механические характеристики изделий [2, 3].
Целью работы является разработка комплексной микродисперсной добавки для получения эффективного мелкозернистого бетона (МЗБ) нового поколения на основе некондиционного кварцевого песка.
Научная новизна работы заключается в обосновании возможности получения эффективного мелкозернистого бетона с улучшенными физико-техническими свойствами путем регулирования его структуры разработанной комплексной микродобавкой.
Повышенная суммарная удельная поверхность заполнителей у мелкозернистых бетонов увеличивает водопотребность, а следовательно, и расход цемента, так как раствор для обеспечения нужной консистенции требует больше цементного клея [4]. Это несколько увеличивает усадочные деформации, ползучесть и деформативность [5]. Мелкозернистый бетон имеет пониженную по сравнению с обычным бетоном прочность при сжатии, низкую морозостойкость и худшее сцепление с арматурой [6].
Для устранения указанных недостатков мелкозернистых бетонов и улучшения их физико-технических показателей разработана комплексная микродобавка, позволяющая использовать некондиционные кварцевые пески (НКП) в качестве полноценного заполнителя для бетонов [7].
Известно, что при использовании промышленных отходов и нетрадиционного сырья особенно эффективны добавки пластификаторов, введение которых
94
© Баженов Ю.М., Лукутцова Н.П., Карпиков Е.Г, 2012
позволяет направленно управлять кинетикой структурообразования бетонной смеси, что в свою очередь дает возможность регулировать основные физико-технические параметры бетона [8].
Применение суперпластификаторов значительно уменьшает объем межзернового пространства и, следовательно, капиллярную пористость, которая является определяющим фактором для прочности, морозо- и коррозионной стойкости бетона [9].
В работе для получения комплексной микродобавки использовался кварцевый песок (КП), молотый в шаровой мельнице совместно с пластификатором С-3, массовая доля которого составляла 1 % от массы материала, а время помола — 60 мин.
Для изучения влияния микродобавки на физико-механические свойства мелкозернистого бетона изготавливали образцы размером 4*4*16 см из цемента М 500 Д20 и кварцевого песка с Мкр = 0,9, которые твердели в нормальных условиях. Составы и результаты исследований приведены в табл. 1 и 2.
Табл. 1. Составы мелкозернистого бетона
Количество, кг Содержание добавки С-3, от массы песка, %
№ состава Цемент Песок Вода Тонкодисперсный КП
Контрольный 0,5 1,5 0,18 — —
1 0,5 1,5 0,18 0,075 1
2 0,5 1,5 0,18 0,15 1
3 0,5 1,5 0,18 0,225 1
Табл. 2. Изменение прочности мелкозернистого бетона в зависимости от содержания микродобавки
№ состава Содержание микродобавки,% Прочность образцов при изгибе R , МПа А изг Прочность образцов при сжатии R , МПа
3 сут 28 сут 3 сут 28 сут
Контрольный — 1,4 2,18 3,22 10,46
1 5 4,83 2,18 13,1 14
2 10 5,7 8,11 11,86 45,6
3 15 7,49 9,52 16,76 49,2
Полученные результаты показывают, что с увеличением количества комплексной микродобавки прочность мелкозернистого бетона повышается как в ранние, так и более поздние сроки твердения. Через трое суток твердения прочность при изгибе возрастает в 5,5 раза, а через 28 сут — в 4,5 раза; при сжатии в 5,2 и 4,7 раза соответственно.
Как известно, микродобавки на основе молотого тонкодисперсного кварцевого песка с течением времени теряют свою активность. Поэтому для обеспечения стабильности свойств добавки применялся стеарат кальция, увеличивающий срок хранения, повышающий морозостойкость, водонепроницаемость и уменьшающий усадку бетона [10]. Массовая доля стеарата кальция составляла 0,5 % от массы песка.
Составы мелкозернистого бетона с комплексной микродисперсной добавкой, содержащей стеарат кальция, и полученные результаты приведены в табл. 3, а также на рис. 1—4.
Табл. 3. Составы мелкозернистого бетона
№ состава Количество, кг Содержание от массы песка, %
Цемент Песок Вода Содержание тонкодисперсного КП С-3 Стеарат кальция
Контр. 0,5 1,5 0,18 — — —
1 0,5 1,5 0,18 0,075 1 0,5
2 0,5 1,5 0,18 0,15 1 0,5
3 0,5 1,5 0,18 0,225 1 0,5
В результате исследований установлено, что зависимость предела прочности при сжатии от содержания комплексной микродобавки в составе МЗБ через 28 сут твердения носит экстремальный характер (рис. 1). Максимальная прочность МЗБ 48,94 МПа достигается при введении добавки в количестве 10 % от массы цемента. Дальнейшее увеличение ее содержания в составе МЗБ приводит к разуплотнению структуры и снижению прочности до 41,54 МПа. Аналогичный характер зависимости наблюдается через 3 сут твердения.
С 0 5 10 15
Содержание микродобавки, % □ Зсут □ 28 сут
Рис. 1. Зависимость предела прочности при сжатии МЗБ от содержания микродобавки
Предел прочности при изгибе МЗБ с комплексной микродобавкой возрастает пропорционально содержанию микродобавки от 3,3 до 8,3 МПа, т.е. в 2,5 раза (рис. 2). Возрастает и плотность мелкозернистого бетона, наибольшее значение которой наблюдается при содержании микродобавки в количестве 10 % (рис. 3).
2300 Г^--
I IHIllll
10
15
Рис. 2. Зависимость предела прочности при изгибе МЗБ от содержания микродобавки
Содержание микродобавки, % □ 3 сут □ 28 сут
Рис. 3. Плотность образцов МЗБ в зависимости от содержания микродобавки
Установлено, что при увеличении содержания комплексной микродобавки водопоглощение мелкозернистого бетона значительно снижается, а при ее содержании 15 % уменьшается в 4 раза по сравнению с контрольным составом (рис. 4).
Выявлен характер зависимости показателей физико-технических свойств мелкозернистого бетона от «возраста» комплексной микродобавки. Доказано, что введение добавки в возрасте от 1 до 7 сут позволяет ускорить набор прочности бетона, повысить плотность и морозостойкость, а также снизить водопоглощение с 5 1,4 %, т.е. более чем в 3,5 раза.
Таким образом, разработана комплексная микродисперсная добавка для производства эффективного мелкозернистого бетона на основе некондиционного кварцевого песка. Установлено, что комплексная микродобавка позволяет получить изделия с прочностью при сжатии до 50 МПа, при изгибе 8,3 МПа, водопоглощением 1,4 %, морозостойкостью более Б75 при ее содержании 5.. .10 % от массы цемента.
Содержание добавки,
Рис. 4. Водопоглощение образцов МЗБ в зависимости от содержания микродобавки
,1 до
Библиографический список
1. Лукутцова Н.П., Пыкин А.А., Чудакова О.А. Модифицирование мелкозернистого бетона микро- и наноразмерными частицами шунгита и диоксида титана // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 2. С. 66—70.
2. Баженов Ю.М., Лукутцова Н.П., Матвеева Е.Г. Исследование влияния наномо-дифицирующей добавки на прочностные и структурные параметры мелкозернистого бетона // Вестник МГСУ. 2010. № 2. С. 215—219.
3. Баженов Ю.М., Лукутцова Н.П., Матвеева Е.Г. Исследование наномодифици-рованного мелкозернистого бетона // Вестник МГСУ. 2010. № 4. Т. 2. С. 415—421.
4. Лукутцова Н.П., Матвеева Е.Г. Наномодифицированнный мелкозернистый бетон // Вестник МГСУ. 2009. Спецвып. № 3. С. 84—90.
5. Лукутцова Н.П., Матвеева Е.Г., Фокин Д.Е. Исследование мелкозернистого бетона, модифицированного наноструктурной добавкой // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 4. С. 6—11.
6. Чан Минь Дык, Сахаров Г.П. Усадка и ползучесть мелкозернистого бетона из экструдированных смесей // Вестник МГСУ 2009. Спецвып. № 1. С. 384—390.
7. Карпиков Е.Г., Петров Р.О., Кириенко Д.А. Комплексные добавки для бетонов, как фактор решения проблем урбанизированных территорий // Биосферносовмести-мые города и поселения : материалы Междунар. научн.-практ. конф., Брянск 11—13 дек. 2012 г. / Брян. гос. инженер.-технол. акад. и др. Брянск, 2012. С. 78—82.
8. Баженова С.И., Алимов Л.А. Высококачественные бетоны с использованием отходов промышленности // Вестник МГСУ 2010. № 1. С. 226—231.
9. Толыпина Н.М., Рахимбаев Ш.М., Карпачёва Е.Н. Об эффективности действия суперпластификаторов в мелкозернистых бетонах в зависимости от вида мелкого заполнителя // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 3. С. 66—74.
10. Пыкин А.А., ЛукутцоваН.П., КостюченкоГ.В. К вопросу о повышении свойств мелкозернистого бетона микро- и нанодисперсными добавками на основе шунгита // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 22—27.
Поступила в редакцию в декабре 2012 г.
О б а в т о р а х : Баженов Юрий Михайлович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии вяжущих веществ и бетонов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (495) 781-80-07, [email protected];
Лукутцова Наталья Петровна — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой производства строительных конструкций, ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» (ФГБОУ ВПО «БГИТА»), 241037, г. Брянск, проспект Станке Димитрова, д. 3, 8(4832)74-05-13, [email protected];
Карпиков Евгений Геннадиевич — аспирант, ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» (ФГБОУ ВПО «БГИТА»), 241037, г. Брянск, проспект Станке Димитрова, д. 3, [email protected].
Для цитирования: БаженовЮ.М., ЛукутцоваН.П., КарпиковЕ.Г. Мелкозернистый бетон, модифицированный комплексной микродисперсной добавкой // Вестник МГСУ 2013. № 2. С. 94—100.
Yu.M. Bazhenov, N.P. Lukuttsova, E.G. Karpikov
FINE-GRAINED CONCRETE MODIFIED BY INTEGRATED MICRO-DISPERSIVE ADDITIVE
The purpose of the research consists in development of integrated micro dispersive additives designated for effective fine-grained concretes of the new generation and based on the inferior grade quartz sand.
The academic novelty of the research consists in substantiation of feasibility of generation of effective fine-grained concretes that demonstrate improved physical and mechanical properties due to the adjustment of the structure of the integrated micro additive developed by the authors.
The integrated additive comprises quartz sand milled in the ball mill together with C-3 plasticizer, the content of which is equal to 1 % of the mass of the material, and the milling time is 60 min.
Another objective of the research is the study of the effect of micro-additives produced onto physical-mechanical properties of samples of fine-grained concretes (dimensions 4*4*16 cm) made of cement M 500 D20 and quartz sand with MCR = 0,9 and hardened according to the regular procedure.
Thus, the authors have discovered that the integrated micro-additive improves the compressive strength of the concrete to 50 MPA, flexural strength — up to 8,3 MPA, water absorption — to 1,4 % and frost resistance — to F75, while its content reaches 5—10 % of the cement mass.
Key words: fine-grained concrete, integrated micro-dispersive additive, quartz sand, super plasticizer C-3, calcium stearate, compressive strength, water absorption.
References
1. Lukuttsova N.P., Pykin A.A., Chudakova O.A. Modifitsirovanie melkozernistogo betona mikro- i nanorazmernymi chastitsami shungita i dioksida titana [Modification of Fine-grained Concrete Using Micro- and Nano-sized Particles of Schungite and Titanium Dioxide]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Proceedings of Bryansk State Technical University named after Shukhov]. 2010, no. 2, pp. 66—70.
2. Bazhenov Yu.M., Lukuttsova N.P., Matveeva E.G. Issledovanie vliyaniya nanomodi-fitsiruyushchey dobavki na prochnostnye i strukturnye parametry melkozernistogo betona [Research into the Influence of the Nano-modifying Additive on the Strength and Structural Parameters of the Fine-grained Concrete]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 2, pp. 215—219.
3. Bazhenov Yu.M., Lukuttsova N.P., Matveeva E.G. Issledovanie nanomodifitsirovan-nogo melkozernistogo betona [Study of Nano-modified Fine-grained Concrete]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 4, vol. 2, pp. 415—421.
4. Lukuttsova N.P., Matveeva E.G. Nanomodifitsirovannnyy melkozernistyy beton [Nano-modified Fine-grained Concrete]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, special issue no. 4, pp. 84—90.
5. Lukuttsova N.P., Matveeva E.G., Fokin D.E. Issledovanie melkozernistogo betona, modifitsirovannogo nanostrukturnoy dobavkoy [Study of Fine-grained Concrete Modified by the Nano-structured Additive]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Proceedings of Bryansk State Technical University named after Shukhov]. 2010, no. 4, pp. 6—11.
6. Chan Min' Dyk, Sakharov G.P. Usadka i polzuchest' melkozernistogo betona iz ek-strudirovannykh smesey [Shrinkage and Creep of the Fine-grained Concrete That Contains Extruded Mixtures]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, special issue no. 1, pp. 384—390.
7. Karpikov, E.G., Petrov R.O., Kirienko D.A. Kompleksnye dobavki dlya betonov, kak faktor resheniya problem urbaniirovannykh territory [Integrated Additives for Concretes as a Factor of Resolution of Problems of Urbanized Territories]. Biosfernosovmestimye goroda i poseleniya: materialy mezhdunar. nauchn.-prakt. konf. [Biosphere-compatible Cities and Settlements. Works of the International Scientific and Practical Conference]. Bryansk, 11—13 December, 2012, pp. 78—82.
8. Bazhenova S.I., Alimov L.A. Vysokokachestvennye betony s ispol'zovaniem otkhodov promyshlennosti [High-quality Concretes That Contain Industrial Waste]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 1, pp. 226—231.
9. Tolypina N.M., Rakhimbaev Sh.M., Karpacheva E.N. Ob effektivnosti deystviya super-plastifikatorov v melkozernistykh betonakh v zavisimosti ot vida melkogo zapolnitelya [On the Effectiveness of Super-plasticizers in Fine-grained Concretes Depending on the Type of the Fine Aggregate]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Proceedings of Bryansk State Technical University named after Shukhov]. 2010, no. 3, pp. 66—74.
10. Pykin A.A., Lukuttsova N.P., Kostyuchenko G.V. K voprosu o povyshenii svoystvmel-kozernistogo betona mikro- i nanodispersnymi dobavkami na osnove shungita [On the Issue of Improvement of the Properties of Fine-grained Concrete Using Micro- and Nano-dispersive Additives That Contain Schungite]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Proceedings of Bryansk State Technical University named after Shukhov]. 2011, no. 2, pp. 22—27.
About the authors: Bazhenov Yuriy Mikhaylovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 781-80-07;
Lukuttsova Natal'ya Petrovna — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Production of Structural Units, Bryansk State Academy of Engineering and Technology (BGITA), 3 prospekt Stanke Dimitrova, Bryansk, 241037, Russian Federation; [email protected]; +7 (4832) 74-05-13;
Karpikov Evgeniy Gennadievich — postgraduate student, Bryansk State Academy of Engineering and Technology (BGITA), 3 prospekt Stanke Dimitrova, Bryansk, 241037, Russian Federation; [email protected]; +7 (953) 282-82-48.
For citation: Bazhenov Yu.M., Lukuttsova N.P., Karpikov E.G. Melkozernistyy beton, modi-fitsirovannyy kompleksnoy mikrodispersnoy dobavkoy [Fine-grained Concrete Modified by Integrated Micro-dispersive Additive]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 2, pp. 94—100.
