CC BY
51УДК 666.972.162
А.А. ГУВАЛОВ1, д-р техн. наук ([email protected]), С.И. АББАСОВА1, канд. хим. наук; Т.В. КУЗНЕЦОВА2, д-р техн. наук
1 Азербайджанский архитектурно-строительный университет (AZ-1073, Баку, ул. Султанова, 5)
2 РХТУ им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 7)
Улучшение структуры высокопрочного бетона с применением модификаторов
Установлено, что применение комплексной добавки, состоящей из пластификатора и тонкомолотого минерального компонента (ОМД), позволяет получить высокопрочный самоуплотняющийся бетон. Показано, что частичная замена микрокремнезема эквивалентным расходом тонкомолотого наполнителя, в частности цеолита, обеспечивает снижение деформаций аутогенной усадки, при этом не происходит снижения прочностных характеристик бетона.
Ключевые слова: модификатор, высокопрочный бетон, аутогенная усадка, добавки.
A.A. GUVALOV1, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), S.I. ABBASOVA1, Candidate of Sciences (Chemistry): T.V. KUZNETSOVA2, Doctor of Sciences (Engineering)
1 Azerbaijan University of Architecture and Construction (5, Sultanova Street, Baku, AZ-1073)
2 D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia (7, Miusskaya Square, 125047, Moscow, Russian Federation)
Improvement of High-Strength Concretes Structure Using Modifiers
It is established that the use of a complex additive consisting of a plasticizer and a fine mineral component (OMD) makes It possible to obtain high-strength self-compacting concrete. It is found that the partial substitution of micro-silica for the equivalent rate of a fine filler, zeolite in particular, reduces deformations of autogenous shrinkage without reducing the strength characteristics of concrete.
Keywords: modifier, high-strength concrete, autogenous shrinkage, additives.
В производстве высокопрочных бетонов широкое применение нашли тонкодисперсные комплексные модификаторы. Тонкодисперсные минеральные добавки, такие как микрокремнезем (МК), в комплексе с суперпластификаторами произвели переворот в технологии получения высокопрочных бетонов марок 1000—1200. Но несмотря на все положительные характеристики МК, его стоимость может превышать стоимость самого цемента в несколько раз. Поэтому важен поиск многотоннажных минеральных добавок, которые в комплексе с суперпластификаторами позволяют повысить физико-механические свойства бетонов [1, 2]. В настоящих исследованиях расширена группа дисперсных наполнителей цемента природного происхождения и предложено использовать вулканические пеплы и цеолитсодержа-щие породы — трасс. Указанные породы в своем составе содержат вулканическое стекло, представляющее собой алюмосиликаты, которые взаимодействуют с продуктами гидролиза при твердении цемента. Породы измельчались до удельной поверхности 8уд = 600 м2/кг. Для сравнения использовался МК Челябинского металлургического комбината с удельной поверхностью 3500 м2/кг.
Высокопрочный бетон получали в результате модифицирования его комплексной органоминеральной добавкой (ОМД), состоящей из супер пластификатора (в качестве суперпластификаторов использовались на-фталиноформальдегидный типа СП-1 и полиарилсуль-фонсульфонатный типа САС-2) и тонкомолотого минерального компонента (ТМК). Содержание ТМК принималось 12,5% от расхода цемента. Доля суперпластификатора СП-1 и САС-2 в комплексе ТМК соответственно составляла 1 и 2% от расхода цемента [3]. При применении суперпластификатора с целью повышения ранней суточной прочности бетона дополнительно с водой за-творения в бетонную смесь вводился ускоритель твердения №2804 в количестве 1%. Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси для контрольного состава был принят следующий: цемент — 600 кг, песок — 560 кг, отсев — 230 кг, щебень — 850 кг, вода — 200 л; для составов с ОМД: цемент — 540 кг, ОМД — 60 кг, песок — 560 кг, отсев — 230 кг, щебень — 850 кг, вода — 130 л.
В исследованиях использовались подвижные бетонные смеси с осадкой стандартного конуса около 20 см. Образцы хранились в нормально-влажностных услови-
Таблица 1
Кинетика набора прочности бетона на дисперсных носителях
Состав Вид и дозировка органоминерального модификатора бетона В/Т ОК, см Прочность, МПа, в возрасте
Наполнитель как заменитель 10% цемента Nа2SO4 1 сут 3 сут 28 сут
1 Без наполнителя - 0,37 20 28 42 55
2 Вулканический пепел - 0,26 21 40 67 86
3 Трасс - 0,27 20 38 60 79
4 Микрокремнезем - 0,27 21 51 69 88
5 Вулканический пепел 1 0,29 22 50 66 79
6 Трасс 1 0,31 21 46 64 78
7* Вулканический пепел - 0,29 20 51 68 76
8* Трасс - 0,31 20 44 65 73
Примечание. * Составы с применением САС-3.
научно-технический и производственный журнал (j t?i)'Af ~Jl-j'ribi^ 78 декабрь 2015
Results of scientific research
Возраст бетона, ч 12 16 20
24
28
40
80
о ■&
120
160
\ 3 "ч
1/
Изменение деформаций аутогенной усадки во времени: 1 - состав 1; 2 - состав 2; 3 - состав 3
ях при температуре 20оС. Выполненные исследования подтверждают высокую эффективность органомине-ральных модификаторов для получения высокопрочных бетонов (табл. 1).
Введение суперпластификатора в комплексе с дисперсными наполнителями повышает как раннюю суточную прочность высокопрочного бетона, так и нормативную в возрасте 28 сут. В подвижных смесях это превышение на первые сутки составляет от 36 до 46%. Важно отметить, что бетоны, полученные с применением ОМД, имеют в 1,4—1,6 раза более высокую марочную прочность по сравнению с контрольным бетоном без ОМД. При комплексном введении ОМД с №2804 суточная прочность повышается на 82%. Введение суперпластификатора САС-2 в комплексе с дисперсными наполнителями повышает как раннюю суточную прочность высокопрочного бетона, так и нормативную в возрасте 28 сут.
Изучена кинетика водопоглощения и характеристики пористости высокопрочного бетона с ОМД (табл. 2).
Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что введение ОМД способствует снижению водопоглощения бетона в среднем на 20—30% по отношению к контрольному составу без добавок. Водопоглощение бетона контрольного состава без добавки составляет 4,82%, с добавками вулканического пепла и трасса — 4,63 и 3,65% соответственно. Минимальные результаты
по водопоглощению (W=3,24) зафиксированы для бетона, модифицированного микрокремнеземом.
Высокопрочные самоуплотняющиеся бетоны отличаются очень низким водоцементным отношением смесей (как правило, меньше 0,3), повышенным расходом цемента, наличием пуццолановых добавок и суперпластификаторов [4, 5]. Эти бетоны содержат недостаточное количество воды затворения, для того чтобы обеспечить заполнение крупных капилляров, необходимых для поддержания реакций гидратации и пуццо-лановой реакции. В процессе гидратации цемента при отсутствии доступа внешней влаги (активный период твердения бетона) в тонких капиллярах возникают мениски, обезвоживание которых создает большие внутренние напряжения — развивается аутогенная усадка. В высокопрочном бетоне аутогенная усадка по абсолютной величине приближается к влажностной усадке обычного бетона и может привести к более существенному трещинообразованию, так как развивается значительно быстрее и происходит в бетоне, когда цементный камень имеет еще низкую прочность и модуль упругости. Трещинообразование, в свою очередь, приводит к снижению прочности и долговечности бетона; потерям предварительного напряжения арматуры; ухудшению внешнего вида конструкций. Для предотвращения развития аутогенной усадки, а также усадки при высушивании высокопрочного бетона с низким значением В/Ц возможна частичная замена крупного заполнителя эквивалентным объемом предварительно водонасыщенного пористого заполнителя или полимерных добавок с высокой водоадсорбирующей способностью (Superabsorbent polymers SAP), что создает водные резервуары в бетоне [6].
Для изучения аутогенной усадки в исследованиях использовались самоуплотняющиеся бетонные смеси с применением ОМД (рисунок, табл. 3) Составы 1 и 2 были получены с применением микрокремнезема, а составы 3 и 4 — заменой части (50%) микрокремнезема в составе 1 эквивалентным количеством тонкомолотого трасса (состав 3) и вулканического пепла (состав 4). Приготовленные бетонные смеси составов были уложены в форму для измерений аутогенной усадки. Измерение деформаций аутогенной усадки осуществляли в течение 28 сут, затем образцы расформовывали, на их торцы наклеивали стальные реперы и в дальнейшем производили измерения деформаций усадки бетона,
Таблица 2
Кинетика водопоглощения и показатели пористости бетона
4
8
0
Вид дисперсного наполнителя Водопоглощение, % Показатели пористости
15 мин 30 мин 60 мин 24 ч 14 сут однородности размеров пор, а среднего размера пор, X
Без наполнителя 2,47 3,17 3,85 4,63 4,82 0,39 4,49
Вулканический пепел 1,72 2,41 2,77 4,41 4,63 0,49 1
Трасс 1,38 1,87 2,19 3,45 3,65 0,51 1
Микрокремнезем 1,27 1,44 1,71 3,12 3,24 0,3 0,48
Таблица 3
Свойства самоуплотняющегося высокопрочного бетона
Составы Водоцементное отношение Расплыв конуса, мм Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 Суммарная усадка за 90 сут (ЕХ10-6)
1 0,29 650 2428 525
2 0,32 680 2420 498
3 0,33 650 2428 435
4 0,31 650 2428 569
fj научно-технический и производственный журнал
® декабрь 2015 79
вызванные испарением из них влаги (влажностная усадка). При этом образцы хранились в эксикаторе над порошком хлористого кальция.
Установлено, что аутогенная усадка бетонов составов 1, 2, характеризующихся значениями водоцементно-го отношения соответственно 0,29 и 0,32 начинает проявляться достаточно интенсивно через 10—11 ч с момента формования (рисунок). Наиболее интенсивно она развивается в бетоне с наименьшим значением В/Ц=0,29 и к 28 ч твердения достигает значения £ = 138х10"6. Это связано с высоким расходом портландцемента, наличием высокодисперсного микрокремнезема и низким содержанием воды затворения, которая интенсивно связывается цементом в процессе гидратации, обезвоживая тонкие капилляры.
По мере увеличения значения В/Ц деформации аутогенной усадки снижаются: при В/Ц = 0,32 — на 15%. Как отмечено выше, снизить скорость и абсолютную величину усадки можно путем использования наполнителей, позволяющих удерживать воду в межплоскостных капиллярах. При этом снижение аутогенной усадки составляет 30,4%.
Установлено, что суммарная величина деформаций бетона состава 1 в возрасте 90 сут твердения достигает значения £ = 525х10-6, при этом на аутогенную усадку приходится величина £ = 320х10-6. При замене части микрокремнезема трассом наблюдается резкое снижение величины аутогенной усадки, которая составляет £ = 105х10-6. В то же время в процессе дальнейшего высушивания достаточно интенсивно развиваются деформации, вызванные влажностной усадкой. Суммарные деформации усадки состава 3 достигают величины £ = 435х10-6, однако доля деформаций от аутогенной усадки составляет лишь 24,1%. Положительное влияние на снижение деформаций аутогенной усадки оказывает и частичная замена микрокремнезема вулканическим пеплом (состав 4).
Установлено, что частичная замена микрокремнезема эквивалентным расходом тонкомолотого наполнителя, в частности цеолита, обеспечивает снижение деформаций аутогенной усадки, при этом не происходит снижения прочностных характеристик бетона. Такая технология может обеспечивать получение малодефектных, надежных и долговечных строительных конструкций из бетона и железобетона.
Список литературы
1. Гувалов А.А. Влияние органоминеральных модификаторов на прочность бетона // VI Международная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций». Оренбург, 2010. C. 221—225.
2. Гувалов А.А., Кузнецова Т.В. Влияние модификатора на свойства цементных суспензий // Строительные материалы. 2013. № 8. С. 86-88.
3. Guvalov A.A. Impact of poliarilsulphonosulphonic Superplasticizer on hidration and hardening of cements SCIENCE WITHOUT BORDTERS // Transactions of the International Academy of Science H&E. Volume 3 2007\2008. Innsburk-2009, рр. 605-610.
4. Гувалов А.А. Самоуплотняющиеся высокопрочные бетоны в технологии монолитного домостроения // Сборник научных трудов МГСУ, по материалам Международной научно-технической конференции «Промышленное и гражданское строительство в современных условиях». М.: МГСУ, 2011. С. 150-152.
5. Mounanga P., Bouasker M., Pertue A., Perronnet A., Khelidj A. Early-age autogenous and micro/macro investigations // Materials and Structures, 2011, v. 44, No. 4, pр. 749-772.
6. Nnadi F., Brave C. Environmentally friendly superabsorbent polymers for water conservation in agricultural lands // Journal of Soil Science and Environmental Management. 2011, No. 2, pp. 206-211.
References
1. Guvalov A.A. Influence the organomineralnykh of modifiers on concrete durability. The VI International conference "Durability and Destruction of Materials and Designs". Orenburg, 2010, pp. 221-225. (In Russian).
2. Guvalov A.A., Kuznetsova T.V. Influence of the modifier on properties of cement suspensions. Stroitel'nye materia-ly [Construction materials]. 2013. No. 8, pp. 86-88. (In Russian).
3. Guvalov A.A. Impact of poliarilsulphonosulphonic Superplasticizer on hidration and hardening of cements SCIENCE WITHOUT BORDTERS. Transactions of the International Academy of Science H&E. Volume 3 2007\2008. Innsburk. 2009, pp. 605-610.
4. Guvalov A.A. The self-condensed high-strength concrete in technology of monolithic housing construction. Collection of scientific works of MGSU, on materials of the International scientific and technical conference "Industrial and Civil Engineering in Modern Conditions". M.: MGSU, 2011, pp. 150-152. (In Russian).
5. Mounanga P., Bouasker M., Pertue A., Perronnet A., Khelidj A. Early-age autogenous and micro/macro investigations. Materials and Structures, 2011, v. 44, No. 4, pp. 749-772.
6. Nnadi F., Brave C. Environmentally friendly superabsorbent polymers for water conservation in agricultural lands. Journal of Soil Science and Environmental Management. 2011, No. 2, pp. 206-211.
На заводе «Техприбор» разработали новую технологию гранулирования растительных отходов
Технология предназначена для гранулирования древесных опилок, стружки, предварительно измельченной соломы, травы, и других видов органического сырья с влажностью до 30% в автоматическом режиме. В рамках данной технологии сушка влажного сырья происходит без сжигания топлива за счет кинетического удаления влаги на основе эффекта температурного разделения воздушного потока с частичной рециркуляцией его нагретой части (аналогичного эффекту Ранка-Хильша). Вся необходимая подготовка растительного сырья перед гранулированием, включая сушку, измельчение, кондиционирование, происходит в одном компактном агрегате - мельнице-нагревателе «С.А.М.П.О 2012».
Для реализации новой технологии заводом «Техприбор» разработана и запущена в производство автоматическая линия гранулирования под торговой маркой «СКАРАБЕЙ». Заявленная производительность линии составляет 300-400 кг/ч древесных топливных гранул стандарта «Е^иэ». На линию «СКАРАБЕЙ» уже получена декларация соответствия Технического регламента Таможенного союза - ЕАС. Старт продаж запланирован на начало 2016 г.
По материалам завода «Техприбор»
научно-технический и производственный журнал Çj tr>Z)'Af~Jl-j'ribí^ 80 декабрь 2Q15 ®
