Мелкозернистый бетон при зимнем бетонировании Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 691.32

А.В. Андреева

мл. научн. сотрудник, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН

О.Н. Буренина

ведущий науч. сотрудник, канд. техн. наук, Институт проблем нефти и газа СО РАН

Н.Н. Давыдова науч. сотрудник,

ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН

С.С. Даваасенгэ мл. науч. сотрудник, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН

М.Е. Саввинова науч. сотрудник, канд. техн. наук, ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН ПРИ ЗИМНЕМ БЕТОНИРОВАНИИ

Работа выполнена при поддержке проекта № 12-08-98508 «Разработка технологий механоактивационной обработки местного минерального сырья для повышения качества бетонов», по региональному конкурсу грантов РФФИ_Арктика

Аннотация. В данной статье представлены экспериментальные данные по улучшению физико-механических свойств, таких как плотность и прочность при сжатии образцов мелкозернистого бетона для зимнего бетонирования путём механоактивации ингредиентов бетонной смеси, а также предложена технология его изготовления.

Ключевые слова: мелкозернистый бетон, зимнее бетонирование, плотность, прочность при сжатии.

A.V. Andreyeva, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences

O.N. Burenina, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences

N.N. Davydova, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences

S.S. Davaasenge, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences

M.E. Savvinova, Oil and gas research institute Russian Academy of Sciences

FINE-GRAINED CONCRETE AT WINTER CONCRETING

Abstract. Experimental data on improvement of physicomechanical properties, such as, density and durability are presented in this article at compression of samples of fine-grained concrete for winter concreting by mechanoactiva-tion of ingredients of concrete mix, and also the technology of its production is offered.

Keywords: fine-grained concrete, winter concreting, density, durability at compression.

Качество бетона в большой степени зависит от используемых материалов, свойства которых должны удовлетворять соответствующим государственным стандартам и техническим условиям, обеспечивать заданный класс прочности, морозостойкости и другие физико-механические характеристики [1], поэтому использование местного сырья, а именно песка и цемента, вместо привозного заполнителя, позволяет снизить транспортные расходы. Производство изделий из мелкозернистого бетона осуществляется как по традиционной технологии, так и из жестких смесей на автоматизированных виброформовочных установках.

В качестве исходного сырья был выбран речной песок поймы р. Лена Республики Саха (Якутия), по гранулометрическому составу в соответствии с ГОСТ 8736-93 относящийся ко II классу, к категории - очень мелкий. Модуль крупности песка Мкр = 1,29 (зерна крупности свы-

ше 5 мм - нет; менее 0,16 мм составляет 8,7%; содержание пылевидных и глинистых частиц -0,84%); портландцемент месторождения Мохсоголлоох Республики Саха (Якутия), производства ОАО «Якутцемент» Хангаласского района, который обладает 26,5 МПа (кгс-кв.см) активностью при пропаривании (средняя за месяц), 2 группой эффективности при пропаривании, 27% густотой цементного теста, без признаков ложного схватывания, менее 370 Бк/кг удельной эффективной активностью естественных радионуклидов; а также комплекс противоморозных добавок - нитрит натрия, ускоряющая противоморозная добавка и ПФМ-НЛК, которая соответствует требованиям ТУ 5745-022-58042865-2007, представляющая собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с добавлением воздухо-вовлекающего и гидрофобизирующего компонента.

Исследования физико-механических свойств исходных материалов показали, что на взаимодействие заполнителя с вяжущим оказывает форма и рельеф поверхности частиц. При разрушении минеральных материалов в планетарных мельницах, в которых реализуется ударный способ воздействия мелющих тел на материал, образуются частицы осколочной формы с множеством граней и острых углов. Поэтому при оценке эффективности активации, помимо удельной поверхности, необходимо учитывать изменение формы, гранулометрического состава частиц и концентрацию активных центров на поверхности измельчаемого материала, которые, в значительной степени зависят от способа воздействия на него мелющих тел. Важной характеристикой качества поверхности песка также является содержание пылевидных и глинистых частиц, примесей, обволакивающих зерна песка, которые снижают прочность сцепления заполнителя с цементным камнем. Так, например, всего несколько процентов глинистых частиц в песке способны на 30-50% снизить силы сцепления зерен песка и зерен цемента [2]. Для того чтобы очистить поверхность песка от негативных частиц, его намывают или активируют.

На рисунке 1 представлены микрофотографии зерен исходного и активированного в течение 2 минут в планетарной мельнице АГО-2 речного песка и цемента. На фотографиях (рис. 1 А, 1 Б) хорошо виден характер изменения поверхности исходных материалов после механоактивации.

А. Зерна речного песка до и после активации

Б. Зерна цемента до и после активации Рисунок 1 - Зерна речного песка (А) и цемента (Б) до и после активации (х32 увеличение на микроскопе МБС-10)

Окатанные исходные гранулы приобрели четкие угловатые очертания. Изменение цвета произошло вследствие очистки поверхности зерен от нежелательных образований. Изменился и характер поверхности: вместо блестящей и гладкой она стала матовой и шероховатой. Кристаллы до механоактивации представляли собой окатанные зерна, после механоактивации размеры уменьшились. Повышение тонкости помола сырья, обеспечивающее диспергацию частиц и пор, способствует получению высококачественной тонкозернистой структуры. В этой связи вновь становится актуальной механохимическая активация компонентов бетонной смеси, в частности песка.

Механоактивацию заполнителя проводили на планетарной мельнице АГО-2 в течение 2 минут. На рисунке 2 представлены результаты исследования гранулометрического состава ме-ханоактивированных песка и цемента (рис. 2А, 2Б), определенного методом лазерной гранулометрии на «М1сго812вг-201». Анализ представленных данных свидетельствует о полидисперсности заполнителя.

до5 5-10 10-20 20-50 flo5 5_ш 10.20 НПО

Рвгиерычвстиц,™ Размер частиц, гявм

А Б

Рисунок 2 - Процентное содержание частиц механоактивированных песка (А) и цемента (Б) в интервале от 50 до 5 мкм

Диспергирование песка в планетарной мельнице АГО-2 вызывает уменьшение размера частиц и увеличение содержания частиц более мелкой фракции (менее 5 мкм), что влияет на повышение эксплуатационных свойств бетона.

Для определения прочностных характеристик были изготовлены бетонные образцы размером 70х70х70 мм, Ц:П = 1:1,3 при В/Ц = 0,4, с разным содержанием (10, 20, 30 и 50 масс. %) песка, активированного в планетарной мельнице АГО-2 в течение 2 минут. Подвижность бетонной смеси поддерживалась постоянной П2, осадка конуса составляла 8 см. Готовые бетонные образцы твердели в течение 28 суток при температуре воздуха - 25°С в климатической камере СМ-60/75-120 ТВХ.

Для исследования плотности были изготовлены образцы следующего состава: проти-воморозная добавка (НН + ПФМ-НЛК) - 4% + 0,7 % от веса цемента, речной песок (акт.) - 10%, 20%, 30%, 50%, цемент (акт.) - 10%, 20%, 30%, 50%.

Анализ результатов показывает (рис. 3), что плотность у образцов П50 и Ц10 наблюдается 2,16 г/см3 и 2,17 г/см3, что на 0,9-1,4% больше исходных образцов. Также можно предположить, что прочность при сжатии у данных образцов будет выше, чем у исходных образцов мелкозернистого бетона в зимних условиях.

Определение прочности при сжатии образцов проводили в соответствии с ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

Анализ исследования прочности при сжатии образцов показал (рис. 4), что прочность образцов П50, Ц10 выше по сравнению с исходными образцами. Это дает нам возможность выгоды цемента при использовании зимних добавок с активированным сырьем для получения вы-

сококачественного продукта. Показатели прочности при сжатии образцов коррелируются со значениями плотности.

ига П(акт)10 П(акт)20 П(акт)30 П(акт)50 Ц(акт)10 Ц(акт)20 Ц[акт)30 Ц(акт)5С

СогтаЕ, % от аеса цемента

Рисунок 3 - Плотность образцов с активированным песком и цементом

ИИ П(акт|10 П(акт|20 П(акт|30 П(акт|50 Ц(акт)Ш Ц(акт|2.0 Ц(акт)30 Ц(акт150

Состав, % от веса цемента

Рисунок 4 - Прочность при сжатии образцов мелкозернистого бетона

в зимних условиях

Для исследования водопоглощения были выбраны образцы следующего состава: про-тивоморозная добавка (НН + ПФМ-НЛК) - 4% + 0,7% от веса цемента, речной песок (акт.) -50%, цемент (акт.) - 10%.

Рисунок 5 - Зависимость водопоглощения образцов мелкозернистого бетона

Из графика видно, что образцы состава П50 обладают более выраженным водопогло-щением, чем исходные образцы. Но стоит отметить, что одним из самых важных факторов, влияющих на эксплуатационные свойства и долговечность гидротехнического бетона, является его водонепроницаемость. Чем больше водонепроницаемость бетона, тем меньшее воздействие оказывает на него как сама вода, так и растворенные в ней агрессивные вещества.

■ I I

Рисунок 6 - Прочность при сжатии образцов после испытания на морозостойкость

В целом анализ показал, что модифицированные образцы мелкозернистых бетонов имеют более высокую прочность при сжатии, чем исходные образцы. Самым высоким показателем прочности при сжатии обладает образец П(акт) 50%, его прочность при сжатии равна 11,5 МПа, что в 1,15 раз больше исходного образца.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования решают ряд важных задач по производству мелкозернистого бетона в зимних условиях и позволяют сделать следующие выводы.

1. Установлена возможность использования минеральных механоактивированных в комплексе с противоморозными добавками, обеспечивающими организацию производства бетонных работ при отрицательных температурах воздуха, что особенно важно для Арктических регионов.

2. Установлено, что механическая активация компонентов мелкозернистого бетона повышает прочность при сжатии в 1,09-1,1 раз по сравнению с прочностью при сжатии исходных образцов.

3. Экспериментально доказано, что прочность при сжатии модифицированных образцов после испытания на морозостойкость выше, чем у исходных образцов до 1,15 раз.

4. Результаты исследований позволили разработать технологическую схему изготовления образцов мелкозернистого бетона для зимнего бетонирования.

Список литературы:

1. Курочка П.Н., Гаврилов А.В. Бетоны на комплексном вяжущем и мелком песке // Инженерный вестник Дона. 2013. Т. 24, № 1 (24). С. 76.

2. Сизов В.Н. Строительные работы в зимних условиях. М.: Стройиздат, 1973. 205 с.