CC BY
213
строительное материаловедение
УДК 691.3 Б01: 10.22227/1997-0935.2018.6.717-728
ВЛИЯНИЕ КВАРЦЕВОЙ МУКИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ1
А.П. Пустовгар, И.С. Иванова, А.А. Еленова, А.Ю. Абрамова, А.О. Адамцевич
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Предмет исследования: технологические свойства самоуплотняющихся бетонных смесей с тонкомолотым микронаполнителем, представленным кварцевой мукой.
Цели: определить количественные параметры влияния гранулометрического состава кварцевой муки и ее дозировок на удобоукладываемость и расслаиваемость самоуплотняющихся бетонных смесей при постоянном расходе воды затворения и различном содержании суперпластифицирующей добавки.
Материалы и методы: в работе использовался портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н; природный карьерный песок фракции 0...5 мм; щебень фракции 5...20 мм; кварцевая мука Silverbond со средним размером частиц 17 и 34 мкм (марок 15 и 30, соответственно); суперпластифицирующая добавка на основе поликарбоксилатного эфира GLENIUM®115. Гранулометрический состав микронаполнителей исследовали методом лазерной дифрактометрии с применением лазерного микроанализатора размеров частиц «Analysette 22» COMPACT в соответствии с ISO 133201:2009. Подвижность по расплыву конуса и расслаиваемость бетонной смеси измеряли в соответствии с ГОСТ 10181. Результаты: исследовано влияние кварцевой муки различного гранулометрического состава (со средним размером частиц 17 и 34 мкм), применяемой в дозировках 50, 100 и 150 кг/м3, на технологические свойства самоуплотняющихся бетонных смесей при различном содержании суперпластифицирующей добавки (2, 4, 6 и 8 л/м3) и постоянном расходе воды затворения, в результате чего установлено, что применение кварцевой муки более тонкого помола обеспечивает более высокие значения подвижности СУБ при условии одинакового содержания суперпластифицирующей добавки и воды затворения; при использовании кварцевой муки более грубого помола рост дозировки суперпластифицирующей добавки вызывает более резкое повышение подвижности бетонной смеси; повышение дозировки кварцевой муки позволяет снизить расслаиваемость СУБ.
Выводы: проведенные экспериментальные исследования показали эффективность применения кварцевой муки для получения СУБ различных классов по удобоукладываемости (SF1...SF3) и устойчивости к расслаиваемости (SR1, SR2) и позволили установить, что использование кварцевой муки D50 = 34 мкм приводит к недостаточной оптимизации гранулометрического состава СУБ и, как следствие, расслоению смеси при ее невысокой подвижности, тогда как более тонкая фракция D50 = 17 мкм того же типа микронаполнителя, позволяет получить стойкие к расслаиваемости СУБ любых классов по удобоукладываемости за счет варьирования дозировок как самого микронаполнителя, так и суперпластифицирующей добавки.
КЛЮчЕВыЕ СЛОВА: самоуплотняющиеся бетоны, кварцевая мука, удобоукладываемость, СУБ, микронаполнители, тонкомолотые наполнители, расслаиваемость, бетонная смесь, суперпластификаторы, гранулометрический состав
00
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Пустовгар А.П., Иванова И.С., Еленова А.А., Абрамова А.Ю., Адамцевич А.О. Влияние кварцевой муки на технологические свойства самоуплотняющихся бетонных смесей // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 6 (117). С. 717-728. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.6.717-728 ф
О
INFLUENCE OF QUARTZ FLOUR ON TECHNOLOGICAL 1 PROPERTIES OF SELF-COMPLETED CONCRETE MIXTURES Г
О У
Т
A.P. Pustovgar, I.S. Ivanova, A.A. Elenova, A.Yu. Abramova, A.O. Adamtsevich
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), O
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation
г
«
Subject: technological properties of self-compensating concrete mixtures with a fine-grained microfiller, represented by ^ quartz flour. ^
Objectives: to determine the quantitative parameters of the influence of the granulometric composition of quartz flour and its □ dosages on the workability and delamination of self-compacting concrete mixtures with a constant consumption of gauged water and various contents of the superplasticizing additive. K
6
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (№°14^56.3456-МК); экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Головного регионального центра коллективного пользования НИУ МГСУ (ГР ЦКП).
© А.П. Пустовгар, И.С. Иванова, А.А. Еленова, А.Ю. Абрамова, А.О. Адамцевич 717
Materials and methods: portland cement CEM II/A-S 42,5N was used in the work; natural pit sand of 0...5 mm fraction; crushed stone of fraction 5...20 mm; Silverbond quartz flour with an average particle size of 17 |jm and 34 |jm (grades 15 and 30, respectively); Superplasticizer based on polycarboxylate ester GLENIUM®115. The grain size composition of microfillers was investigated by laser diffractometry using the laser particle analyzer "Analysette 22" COMPACT in accordance with ISO 13320-1: 2009. The mobility of the cone flow diameter and the delamination of the concrete mixture were measured in accordance with GOST 10181.
Results: it was researched the influence of quartz flour of various granulometric composition (with an average particle size of 17 jim and 34 jim), applied in dosages of 50, 100 and 150 kg/m3, on the technological properties of self-compacting concrete mixtures with different superplasticizer content (2, 4, 6 and 8 l/m3) and a constant flow of gauged water, as a result of which it has been established that the use of quartz flour of finer grinding provides higher values of SCC mobility under the condition of equal content of superplasticer and gauged water; when using a more coarse quartz flour, the growth of the dosage of the superplasticizer causes a more pronounced increase in the mobility of the concrete mixture; increasing the dosage of quartz flour allows to reduce the delamination of SCC.
Conclusions: experimental studies have shown the effectiveness of the use of quartz flour for obtaining SCCs of various classes of workability (SF1 ... SF3) and resistance to delamination (SR1, SR2) and have established that the use of quartz flour D50 = 34 jim leads to insufficient optimization of the granulometric of the composition of the SCC and, as a consequence, stratification of the mixture with its low mobility, whereas the thinner fraction D50 = 17 jm, of the same type of microfiller, makes it possible to obtain resistant to the delamination of any SCC in for the workability due to varying dosages of both the microfiller and superplasticizer.
KEY WORDS: self-compacting concretes, quartz flour, workability, SCC, micronutrients, fine fillers, delamination, concrete mixture, superplasticizers, granulometric composition
FOR CITATION: Pustovgar A.P., Ivanova I.S., Elenova A.A., Abramova A.Yu., Adamtsevich A.O. Vliyanie kvartsevoy muki na tekhnologicheskie svoystva samouplotnyayuschikhsya betonnykh smesey [Influence of quartz flour on technological properties of self-compacting concrete mixtures]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 6 (117), pp. 717-728. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.6.717-728
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия в строительстве все большую популярность приобретают самоуплотняющиеся бетоны (СУБ), характеризующиеся способностью растекаться и уплотняться под действием собственного веса и заполнять опалубку с арматурой, каналами, выемками и т.д., при этом сохраняя свою однородность.
Кварцевая мука, характеризуется низким водо-Р потреблением и высокой стойкостью к агрессивным т- средам и поэтому является одним из перспективных
микронаполнителей для СУБ. <0 Учитывая, что помол кварцевого песка спо-¡^ собствует образованию электроакцепторных цен-^ тров, можно предположить, что гранулометриче-— ский состав кварцевой муки и ее дозировки будут 10 оказывать существенное влияние на удобоуклады-Р0 ваемость и расслаиваемость СУБ при постоянном расходе воды затворения и различном содержании Ц суперпластифицирующей добавки, что было экс-Н периментальным путем проверено в настоящем исследовании.
I_
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Отличительной чертой СУБ является сочетание высокой технологичности (подвижности и стойко-Ф сти к расслаиваемости) с быстрым набором проч®® ности, повышенными водонепроницаемостью и мо-
розостойкостью, а также стойкостью к агрессивным средам. Эти свойства достигаются за счет тщательного подбора гранулометрического состава смеси, высокого содержания микронаполнителя и применения высокоэффективных суперпластифицирую-щих и водоредуцирующих добавок2 [1-3].
Первые методики проектирования составов СУБ были разработаны профессором Окамурой и коллегами [4-8] в конце 80-х — начале 90-х гг. прошлого века и в основном фокусировались на подборе водотвердого отношения цементной пасты и дозировки суперпластифицирующей добавки для достижения требуемых показателей технологичности при фиксированном содержании песка и щебня, при этом гранулометрический состав наполнителей не учитывался. Такой подход зачастую приводил к перерасходу цемента в смеси [9].
С развитием направления СУБ исследователи уделяли все больше внимания вопросам проектирования гранулометрического состава смесей, принимая в расчет как форму частиц и гранулометрический состав крупных заполнителей, так и гранулометрический состав цемента и микронаполнителя, применение которого позволяло сократить дозировку цемента [9-16].
2 СТО 70386662-306-2013. Добавки на основе эфиров
поликарбоксилатов для изготовления вибрационных и са-
моуплотняющихся бетонов.
Роль микронаполнителя в СУБ могут выполнять минеральные порошки на основе доломита и известняка, отходы дробления горных пород, а также кварцевая мука. При этом к микронаполнителю должны предъявляться высокие требования по постоянству гранулометрического состава, так как даже небольшие его изменения оказывают значительное влияние на реологию СУБ, а также к отсутствию в нем вредных примесей, в особенности глин, из-за которых нередко требуется значительный перерасход суперпластификатора [17-30].
Кварцевая мука получается путем помола кварцевого песка. Основу зерен кварцевого песка составляет кристаллическая решетка кварца Si02, имеющая трехмерную структуру, которая неоднородна в геометрическом, химическом и электронном смысле. Геометрическая неоднородность, обусловлена выходом на поверхность различных граней кристалла кварца, обладающих разной адсорбционной и химической активностью, а также наличием на поверхности макродефектов, в основном пор и трещин. Химическая и электронная неоднородность в основном связана с изменяющейся координационной сферой поверхностных атомов и реги-бридизацией связей, в результате чего изменяются эффективные заряды [32]. На поверхности частиц кварцевого песка обычно преобладают отрицательно заряженные активные центры, но после помола песка на поверхности кварцевой муки содержатся также положительно заряженные (электроноакцеп-торные) центры, это объясняется нарушением однородности поверхности зерен песка [32].
Кварцевая мука с высоким содержанием положительно заряженных активных центров способствует деагломерации цемента в суспензии. При вводе суперпластификатора на основе эфиров по-ликарбоксилатов в бетонную смесь, содержащую кварцевую муку, наблюдается синергетический эффект в виде усиления эффекта действия суперпластификатора и снижения седиментации [33].
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАлЫ
Гранулометрический состав щебня определяли по ГОСТ 82693, песка — по ГОСТ 87354.
Гранулометрический состав микронаполнителей исследовали методом лазерной дифрактоме-трии с применением лазерного микроанализатора размеров частиц «Analysette 22» COMPACT в соответствии с ISO 13 3 20-1:20 095.
Подвижность по расплыву конуса и расслаи-ваемость бетонной смеси измеряли в соответствии с ГОСТ 101816.
Для проведения экспериментального исследования использовали следующие материалы:
• портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 42,5Н по ГОСТ 311087 производства ОАО «Холсим (Рус) СМ»;
• природный карьерный песок фракции 0.. .5 мм (крупный песок II класса по ГОСТ 8735);
• щебень фракции 5.20 мм по ГОСТ 266338 и ГОСТ 82679;
• кварцевая мука Silverbond со средним размером частиц 17 и 34 мкм (марок 15 и 30 соответственно) производства ООО «Сибелко Рус»;
• суперпластифицирующая добавка на основе поликарбоксилатного эфира GLENIUM®115 производства BASF;
• вода по ГОСТ 2373210.
Гранулометрический состав наполнителей
представлен в табл. 1-2 и на рис. 1-2.
результаты исследования
для изучения влияния гранулометрического состава кварцевой муки и ее дозировки на подвижность и расслаиваемость СУБ при различном содержании суперпластифицирующей добавки и постоянном расходе воды затворения были подобраны экспериментальные составы СУБ. Составы подбирались с учетом рекомендаций Европейской федерации специалистов по строительной химии и бетону [34] и в соответствии с методикой профессора Окамуры [4-8]. В экспериментальном исследовании применялась кварцевая мука со средним размером частиц (D50) 17 и 34 мкм, которая вводилась в состав бетонной смеси в дозировках 50, 100 и 150 кг/м3. Суперпластифицирующая добавка применялась в дозировках 2, 4, 6 и 8 л/м3. Расход воды для всех бетонных смесей составлял 180 л/м3.
Наличие расслоения в экспериментальных бетонных смесях сначала устанавливали визуально, а для смесей с подвижностью по расплыву конуса более 550 мм (классифицируемых как СУБ в соответствии с ГОСТ Р 57345-201611), у которых оно
3 ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний (с Изменениями № 1, 2).
4 ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний (с Изменениями № 1, 2).
5 ISO 13320-1:1999. Particle size analysis — laser diffraction methods.
6 ГОСТ 1018-2015. Ленты алюминиевые, медные, латунные и мельхиоровые для капсюлей. Технические условия.
7 ГОСТ 31108-2003. Группа Ж12. Межгосударственный стандарт. Цементы общестроительные. Технические условия.
8 ГОСТ 26633-2015. Межгосударственный стандарт. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.
9 ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия (с Изменениями № 1-4).
10 ГОСТ 23732-2011. Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия.
11 ГОСТ Р 57345-2016. Бетон. Общие технические условия.
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
0 s
1
W
В
г
3 У
о *
Табл. 1. Гранулометрический состав песка и щебня Table 1. Granulometric composition of sand and crushed stone
Размер ячейки сита, мм / Частный остаток на сите, % / Partial residue on sieve screen, %
Sieve's aperture size, mm Песок / Песок Щебень / Щебень
0,160 23,7 —
0,315 30,3 —
0,630 23,6 —
1,25 12,3 2,5
2,5 10,1 5,9
5,0 — 40,3
12,5 — 50,7
20,0 — 0,6
25,0 — 0
Табл. 2. Гранулометрические характеристики применяемой кварцевой муки Table 2. Granulometric characteristics of quartz flour being used
Микронаполнитель / Microfiller Средний размер частиц D50, мкм / Average particle size, D50, ^m D99 (размер, который не превышает 99 % частиц), мкм / D99 (the size which is not exceeded by 99% of particles), ^m
Кварцевая мука Silverbond 15 / Quartz flour Silverbond 15 17 59
Кварцевая мука Silverbond 30 / Quartz flour Silverbond 30 34 152
Рис. 1. Гранулометрический состав кварцевой муки со средним размером частиц 17 мкм Figure 1. Granulometric composition of quartz flour with average particle size of 17 ^m
Рис. 2. Гранулометрический состав кварцевой муки со средним размером частиц 34 мкм Figure 2. Granulometric composition of quartz flour with average particle size of 34 ^m
визуально отсутствовало, определяли расслаивае-мость по методике ГОСТ 10181.
При проектировании состава СУБ особое внимание уделяется подбору гранулометрического состава заполнителей, при этом обязательным условием является использование микронаполнителя. Использование микронаполнителя обеспечивает
снижение расслоения и водоотделения данных видов бетонных смесей.
Гранулометрические составы заполнителей экспериментальных составов СУБ представлены на рис. 4. Результаты исследования приведены в табл. 3-6 и на рис. 4-7.
Табл. 3. Экспериментальные составы СУБ с применением кварцевой муки (D50 = 17 мкм)
Table 3. Experimental compositions of SCC with the use of quartz flour (D50 = 17 ^m)
Компонент / Компонент Расход на 1 м3 бетонной смеси / Consumption for 1 m3 of concrete mixture
Портландцемент, кг / Portland cement, kg 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420
Песок, кг / Sand, kg 740 740 740 740 740 740 740 740 700 700 700 700
Щебень, кг / Crushed stone, kg 920 920 920 920 860 860 860 860 840 840 840 840
Кварцевая мука (D50=15 мкм), кг / Quartz flour (D50=15 pm), kg 50 50 50 50 100 100 100 100 150 150 150 150
Суперпластифицирующая добавка, л / Superplasticizer, ltr 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8
Вода, л / Water, ltr 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180
Табл. 4. Результаты определения технологических характеристик (D50 = 17 мкм)
Table 4. Results of determination of technological characteristics (D50 = 17 ^m)
характеристика / Characteristic Значение / Value
Расплыв конуса, мм / Cone slump, mm 560 580 590 600 510 550 640 730 450 520 620 800
Расслоение (визуально) / Stratification (visually) Нет / No Нет / No Да / Yes Да / Yes Нет / No Нет / No Нет / No Да / Yes Нет / No Нет / No Нет / No Нет / No
Расслаиваемость, % / Delamination, % 15,2 16,0 — — — 14,2 10,4 — — — 12,2 12,8
Табл. 5. Экспериментальные составы СУБ с применением кварцевой муки (D50 = 34 мкм) Table 5. Experimental compositions of SCC with the use of quartz flour (D50 = 34 ^m)
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
0 s
1
W
В
г
3
у
о *
Компонент / Components
Расход на 1 м3 бетонной смеси / Consumption for 1 m3 of concrete mixture
Портландцемент,кг / Portland cement, kg 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420
Песок, кг / Sand, kg 740 740 740 740 740 740 740 740 700 700 700 700
Щебень, кг / Crushed stone, kg 920 920 920 920 860 860 860 860 840 840 840 840
Кварцевая мука (D50 = 30 мкм), кг / Quartz flour (D50 = 30 pm), kg 50 50 50 50 100 100 100 100 150 150 150 150
Суперпластифицирующая добавка, л / Superplasticizer, ltr 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8
Вода, л / Water, ltr 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180
Табл. 6. Результаты определения технологических характеристик (D50 = 34 мкм) Table 6. Results of determination of technological characteristics (D50 = 34 pm)
Характеристика / Characteristic
Значение / Value
Расплыв конуса, мм / Cone slump, mm 450 510 530 540 350 440 520 590 300 390 510 640
Расслоение (визуально) / Stratification (visually) Нет / No Нет / No Да / Yes Да / Yes Нет / No Нет / No Нет / No Да / Yes Нет / No Нет / No Нет / No Да / Yes
& 100,00
X1
о4
<и
>
■ Й
гл
ö
0
1
5 о H
ю
о
£
s
s
0
cs
К «
1
D50 =17 мкм; 50кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
D50 = 34 мкм; 50кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
D50 = 17 мкм; 100кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
D50 = 34 мкм; 100 кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
■D50 = 17 мкм; 150 кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
D50 = 34 мкм; 150 кг/м3/ D50 = 17 цт; 50 kg/m3
| 0 2 4 6 8 10 12
Размер ячейки сита, мм / Sieve's aperture size, mm Рис. 3. Гранулометрические составы заполнителей экспериментальных составов СУБ Figure 3. Granulometric compositions of microffllers of experimental compositions of SCC
(8
X О >t с
to
PO
s о
H
>*
О
X
s
I h
О ф
Дозировка пластифицирующей добавки, л/м3 / Dosage of plasticizer, ltr/m3
Рис. 4. Влияние дозировки кварцевой муки D50 = 17 мкм и пластифицирующей добавки на подвижность СУБ Figure 4. Influence of dosage of quartz flour D50 = 17 ¡mi and plasticizer on mobility of SCC
Дозировка пластифицирующей добавки, л/м3 / Dosage of plasticizer, ltr/m3
Рис. 5. Влияние дозировки кварцевой муки D50 = 34 мкм и пластифицирующей добавки на подвижность СУБ Figure 5. Influence of dosage of quartz flour D50 = 34 ^m and plasticizer on mobility of SCC
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУлЬТАТОВ
исследования
По полученным данным при применении кварцевой муки с Б50 = 34 мкм получаемые бетонные смеси характеризовались либо низким значением подвижности и не могли быть классифицированы как самоуплотняющиеся, либо при достижении удовлетворительного значения подвижности в них наблюдалось существенное расслоение.
Самоуплотняющиеся бетонные смеси (расплыв конуса более 550 мм) были получены при применении кварцевой муки с Б50 = 17 мкм:
• в дозировке 50 кг/м3 при содержании суперпла-стифицирующей добавки 2, 4, 6 и 8 л/м3;
• в дозировке 100 кг/м3 при содержании супер-пластифицирующей добавки 4, 6 и 8 л/м3;
• в дозировке 150 кг/м3 при содержании супер-пластифицирующей добавки 6 и 8 л/м3.
Но расслоения смеси не наблюдалось в следующих составах при применении кварцевой муки с Б50 = 17 мкм:
• в дозировке 50 кг/м3 при содержании суперпла-стифицирующей добавки 2, 4 л/м3;
• в дозировке 100 кг/м3 при содержании супер-пластифицирующей добавки 4, 6 л/м3;
• в дозировке 150 кг/м3 при содержании супер-пластифицирующей добавки 6 и 8 л/м3.
Было показано, что за счет варьирования дозировок кварцевой муки и суперпластификатора могут быть получены СУБ всех классов по удо-
боукладываемости: от SF1 (550.650 мм) до SF3 (760.850 мм).
При этом отсутствием расслоения характеризовались составы с содержанием кварцевой муки и су-перпластифицирующей добавки (на 1 м3 бетонной смеси):
• 50 кг и 2 л (расслаиваемость 15,2 %), 50 кг и 4 л (16,0 %) — им соответствует класс по устойчивости к расслаиваемости SR1 (расслаиваемость до 20 %);
• 100 кг и 4 л (14,2 %), 100 кг и 6 л (10,4 %) — класс по устойчивости к расслаиваемости SR2 (расслаиваемость до 15 %); он
• 150 кг и 6 л (12,2 %), 150 кг и 8 л (12,8 %) — с класс по устойчивости к расслаиваемости SR2 (рас- н слаиваемость до 15 %).
Можно отметить, что применение кварцевой ^ муки более тонкого помола обеспечивает более Г высокие значения подвижности СУБ при условии С одинакового содержания суперпластифицирующей Я добавки и воды затворения, что было достигнуто за О счет более высокой степени оптимизации гранулометрического состава бетонной смеси. Как видно из 1 гранулометрических кривых (см. рис. 4) и результа- Я тов испытаний бетонных смесей, даже незначитель- ы ное изменение состава тонкой фракции (до 0,1 мм) □ может привести к существенным изменениям в тех- С нологических свойствах СУБ. Я
Стоит подчеркнуть, что повышение дозировки Я суперпластифицирующей добавки при постоянном 1 содержании кварцевой муки значительно увели- 7
чивает подвижность СУБ. При этом с увеличением содержания кварцевой муки в бетонной смеси в интервале от 50 до 150 кг/м3 при постоянной дозировке суперпластификатора 8 л/м3 наблюдается увеличение подвижности СУБ. Вероятно, это связано с тем, что кварцевая мука обладает сравнительно невысокой адсорбционной способностью, а также характеризуется малым содержанием примесей. таким образом, увеличение ее дозировки не требует значительного повышения расхода воды, а действие суперпластифицирующей добавки характеризуется максимальной эффективностью.
Важно отметить, что при использовании кварцевой муки более грубого помола рост дозировки суперпластифицирующей добавки вызывает более резкое повышение подвижности бетонной смеси. Например, при содержании кварцевой в бетонной смеси муки 50 кг/м3 повышение дозировки пластифицирующей добавки с 2 до 8 л/м3 привело к повышению подвижности на 7 и 20 % для марок кварцевой муки 15 и 30 соответственно, при 100 кг/м3 — на 43 и 69 %, при 150 кг/м3 — на 78 и 113 %. Данный эффект, вероятно, вызван более значительным содержанием свободной воды в бетонной смеси при применении микронаполнителя более крупной фракции, что также подтверждается наличием расслоения в СУБ на основе кварцевой муки с Б50 = 34 мкм.
Установлено, что повышение дозировки кварцевой муки позволяет снизить расслаиваемость СУБ, что связано с оптимизацией гранулометрического состава смеси за счет повышения содержания микронаполнителя и, как следствие, снижения доли
свободной воды. Можно предположить, что при использовании кварцевой муки в бетонной смеси создается дополнительный «каркас устойчивости» в структуре смеси, что способствует снижению рас-слаиваемости бетонной смеси. В рамках исследования при повышении дозировки кварцевой муки с Б50 = 17 мкм в составе СУБ его класс по устойчивости к расслаиваемости был повышен с SR1 до SR2.
ВЫВОДЫ
Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность применения кварцевой муки для получения СУБ различных классов по удо-боукладываемости (SF1, SR2, SF3) и устойчивости к расслаиваемости (SR1, SR2) при условии правильности подбора гранулометрического состава микронаполнителя.
В процессе исследования выявлены основные тенденции влияния тонкости помола применяемой кварцевой муки и дозировки суперпластифицирую-щей добавки на технологические свойства СУБ.
Установлено, что использование кварцевой муки Б50 = 34 мкм приводит к недостаточной оптимизации гранулометрического состава СУБ и, как следствие, расслоению смеси при ее невысокой подвижности, тогда как более тонкая фракция Б50 = 17 мкм, того же типа микронаполнителя позволяет получить стойкие к расслаиваемости СУБ любых классов по удобоукладываемости за счет варьирования дозировок как самого микронаполнителя, так и суперпластифицирующей добавки.
литература
Р 1. Комаринский М.В., Смирнов С.И., Бурце-
т- ва Д.Е. Литые и самоуплотняющиеся бетонные сме-
w си // Строительство уникальных зданий и сооруже-
<0 ний. 2015. 11 (38). С. 106-118
2. Несветаев Г.В.. Лопатина Ю.Ю. Проекти-^ рование макроструктуры самоуплотняющейся бе— тонной смеси и ее растворной составляющей // Ин-10 тернет-журнал «Науковедение». 2015. 7 (5). Режим РО доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/29TVN116.pdf.
3. Трошкина Е.А., Мухина К.С. Разработка со-q ставов и исследование свойств самоуплотняющихся I™ бетонов // Актуальные проблемы современной на-^ уки, техники и образования. 2014. № 1. С. 42-44.
4. Ozawa K., Maekawa K., Okamura H. Develop-
2 ment of the high performance concrete // Proceedings of
tt JSI. 1989. 11 (1). C. 699-704. S
j 5. Okamura H., Ozawa K. Mix design for self-
jj compacting concrete // Concrete Library of JSCE. 1995.
Ф No 25. Рp. 107-120. 10
6. Okamura H. Self-compacting high-performance concrete // Concrete International. 1997. 19 (7). Pp. 50-54.
7. Okamura H., Ouchi M. Self-compacting concrete-development, present, and future // Proc. 1st International RILEM Symposium on Self-compacting concrete. 1999. Pp. 3-14. Stockholm, 1999.
8. Okamura H., Ouchi M. Self-Compacting Concrete // Journal of Advanced Concrete Technology. 2003. 1 (1). Pp. 5-15.
9. C. I. Goodier. Development of self-compacting concrete // Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Structures and Buildings. 2003. 156 (4). Pp. 405-414.
10. Brouwers H.J.H., Radix H.J. Self-compacting concrete: theoretical and experimental study // Cement and Concrete Research. 2005. 35. Pp. 2116-2136.
11. Ambroise J., Rols S., Pera J. Self-leveling concrete - design and properties // Concrete Science and Engineering. 1999. Vol. 1. Pp. 140-147.
12. De Larrard F. Concrete mixture proportioning — a scientific approach. London: E & FN Spon.,
1999.
13. Skarendahl A., Petersson O. State of the art report of RILEM technical committee 174-SCC, self-compacting concrete. Paris, RILEM Publications S.A.R.L,
2000. 154 c.
14. Su N., Hsu K.C., Chai H.W. A simple mix design method for self-compacting concrete // Cement and Concrete Research. 2001. 31. Pp. 1799-1807.
15. Su N., Miao B. A new method for mix design of medium strength concrete with low cement content // Cement & Concrete Composites. 2003. 25. Pp. 215-222.
16. Senthil Kumar V., Santhanam M. Particle Packing Theories and Their Application in Concrete Mixture Proportioning // Indian Concrete Journal. 2003. 77 (9). Pp. 1324-1331.
17. Hu J., Wang K. Effect of coarse aggregate characteristics on concrete rheology // Construction and Building Materials. 2011. 25 (3). Pp. 1196-1204.
18. Беленцов Ю.А., Смирнова О.М., Шамани-на Д.Д. Самоуплотняющийся бетон с использованием наполнителя из молотого известняка // Мат. II Брянского междунар. инновационного форума «Строительство-2016». Брянск, 2016.
19. Bakhtiyari S., Allahverdi A., Rais-Ghasemi M. et al. Mix design, compressive strength and resistance to elevated temperature (500 °C) of self-compacting concretes containing limestone and quartz fillers // International Journal of Civil Engineering. 2011. 9 (3). Pp.215-222
20. Касторных Л.И., Тароян А.Г., Усепян Л.М. Влияние отсева камнедробления и минерального наполнителя на характеристики мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов // Инженерный вестник Дона. 2017. № 3 (46). Ст. 107. Режим доступа: http://ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_79_Kastornyh. pdf_4704669b71.pdf.
21. Ефременко А.С., Шиндель Е.В. Самоуплотняющийся тяжелый бетон на основе сырьевой базы Иркутской области // Актуальные вопросы развития науки в мире: сб. научн. работ IV Междунар. науч. конф. Евразийск. науч. объединения (г. Москва, апрель 2015). М., 2015. С. 38-41.
22. Dinakar P. Design of self-compacting concrete with fly ash // Magazine of Concrete Research. 2012. 64 (5). Pp. 401-409.
23. Hassan A.A., Lachemi M., Hossain K.M.A. Effect of metakaolin and silica fume on rheology of self-
Поступила в редакцию 18 января 2018 г. Принята в доработанном виде 13 февраля 2018 г. Одобрена для публикации 26 мая 2018 г.
consolidating concrete // ACI Materials Journal. 2010. 109 (6). Pp. 657-664.
24. Ho D.W.S., Sheinn A.M.M., Ng C.C., Tam C.T. The use of quarry dust for SCC applications // Cement and Concrete Research. 2002. 32 (4). Pp. 505-511.
25. Nehdi M. Why some carbonate fillers cause rapid increases of viscosity in dispersed cement-based materials // Cement and Concrete Research. 2000. 30 (10). Pp. 1663-1669.
26. Bosiljkov V.B. SCC mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone filler // Cement and Concrete Research. 2003. 33. Pp. 1279-1286.
27. Brouwers H.J.H., Radix H.J. Self-compacting concrete: the role of the particle size distribution // First International Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete SCC'2005 — China, 2005.
28. OzkulM.H., Dogan U.A. Rheological properties and segregation resistance of SCC prepared by Portland cement and fly ash // Measuring, Monitoring and Modeling Concrete Properties. 2006. Pp. 463-468.
29. Hassan A.A., Mayo J.R. Influence of mixture composition on the properties of SCC incorporating metakaolin // Magazine of Concrete Research. 2014. 66 (20). Pp. 1036-1050.
30. Hwang S.-D., Mayen-Reyna D., Bonneau O., Khayat K.H. Performance of self-consolidating concrete made with various admixture combinations // Proc. 3rd International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete. RILEM Publications, 2003. Pp. 467-478.
31. Антошкина Е.Г., Смолко В.А. Определение кислотно-основных центров на поверхности зерен кварцевых песков некоторых месторождений России // Вестник ЮУрГУ. Cерия: Математика, физика и химия. 2008. № 7. C. 65-67.
32. Минаков С.В., Рахимбаев Ш.М. Влияние комплексных органо-минеральных добавок на свойства цементного камня // Вестник ДонНАСА: Мат. конф. «Технология, организация, механизация и геодезическое обеспечение строительства». 2010. № 3 (83). С. 43-45.67
33. Пустовгар А.П. Эффективность применения современных суперпластификаторов в сухих строительных смесях // 4-я Международная научно-техническая конференция «MixBULD». СПб., 2002. С. 45-52.
34. The European guidelines for self-compacting concrete: specification, production and use. SCC European Project Group, May 2005. р. 63.
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
о 2
(л)
В
г
3 У
о *
Об авторах: Пустовгар Андрей Петрович — кандидат технических наук, доцент, проректор, научный руководитель Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; [email protected];
Иванова Ирина Сергеевна — научный сотрудник Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Еленова Аурика Алмазовна — кандидат технических наук, заведующая научно-исследовательской лабораторией «Строительных композитов, растворов и бетонов», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Абрамова Анастасия Юрьевна— младший научный сотрудник Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Адамцевич Алексей Олегович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26. [email protected].
REFERENCES
1. Komarinskiy M.V., Smirnov S.I., Burtseva D.E. Litye i samouplotnyayushchiesya betonnye smesi [Cast and self-compacting concrete mixtures]. Stroitel'stvo unikal'nykh zdaniy i sooruzheniy [Construction of Unique Buildings and Structures]. 2015, 11 (38), pp. 106-118. (In Russian)
2. Nesvetaev G.V., Lopatina YU.YU. Proek-tirovanie makrostruktury samouplotnyayushcheysya betonnoy smesi i ee rastvornoy sostavlyayushchey [Designing of macrostructure of self-compacting concrete mix and its solution component]. Internet-zhur-nal «Naukovedenie» [Online journal Science Studies]. 2015, 7 (5). Available at: http://Naukovedenie.ru/ PDF/29TVN116.pdf. (In Russian)
3. Troshkina E.A., Mukhina K.S. Razrabotka sos-tavov i issledovanie svoystv samouplotnyayushchikh-sya betonov [Development of compositions and study of the properties of self-compacting concrete]. Aktual'nye
P problemy sovremennoy nauki, tekhniki i obrazovaniya t- [Actual problems of modern science, technology and w education]. 2014, no. 1, pp. 42-44. (In Russian)
4. Ozawa K., Maekawa K., Okamura H. Development of the high performance concrete. Proceedings of
> JSI. 1989. 11 (1). C. 699-704.
5. Okamura H., Ozawa K. Mix design for self-HQ compacting concrete. Concrete Library of JSCE. 1995, PO no. 25, pp. 107-120.
6. Okamura H. Self-compacting high-perfor-q mance concrete. Concrete International. 1997, 19 (7), I- pp. 50-54.
^ 7. Okamura H., Ouchi M. Self-compacting con-l_ crete-development, present, and future. Proc. 1st Inter-2 national RILEM symposium on self-compacting con-tt crete. 1999, pp. 3-14. Stockholm, 1999.
8. Okamura H., Ouchi M. Self-compacting con-
jj crete. Journal of Advanced Concrete Technology. 2003,
O 1 (1), pp. 5-15. m
9. Goodier C.I. Development of self-compacting concrete. Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Structures and Buildings. 2003, 156 (4), pp. 405-414.
10. Brouwers H.J.H. , Radix H.J. Self-compacting concrete: theoretical and experimental study. Cement and Concrete Research. 2005, 35, pp. 2116-2136.
11. Ambroise J., Rols S., Pera J. Self-leveling concrete - design and properties. Concrete Science and Engineering. 1999, vol. 1, pp. 140-147.
12. De Larrard F. Concrete mixture proportioning — a scientific approach. London: E & FN Spon.,
1999.
13. Skarendahl A., Petersson O. State of the art report of RILEM technical committee 174-SCC, self-compacting concrete. Paris, RILEM Publications S.A.R.L,
2000. 154 p.
14. Su N., Hsu K.C., Chai H.W. A simple mix design method for self-compacting concrete. Cement and Concrete Research. 2001, 31, pp. 1799-1807.
15. Su N., Miao B. A new method for mix design of medium strength concrete with low cement content. Cement & Concrete Composites. 2003. 25, pp. 215-222.
16. Senthil Kumar V., Santhanam M. Particle packing theories and their application in concrete mixture proportioning. Indian Concrete Journal. 2003, 77 (9), pp. 1324-1331.
17. Hu J., Wang K. Effect of coarse aggregate characteristics on concrete rheology. Construction and Building Materials. 2011, 25 (3), pp. 1196-1204.
18. Belentsov YU.A., Smirnova O.M., Sha-manina D.D. Samouplotnyayushchiysya beton s ispol'zovaniem napolnitelya iz molotogo izvestnyaka [Self-compacting concrete using filler from ground limestone]. Mat. IIBryanskogo mezhdunar. innovatsi-onnogo foruma «Stroitel'stvo-2016» [Materials of the II Bryansk International Innovation Forum "Construc-tion-2016"]. Bryansk, 2016. (In Russian)
19. Bakhtiyari S., Allahverdi A., Rais-Ghasemi M. et al. Mix design, compressive strength and resistance to elevated temperature (500 °C) of self-compacting concretes containing limestone and quartz fillers. International Journal of Civil Engineering. 2011, 9 (3), pp. 215-222.
20. Kastornykh L.I., Taroyan A.G., Usepyan L.M. Vliyanie otseva kamnedrobleniya i mineral'nogo na-polnitelya na kharakteristiki melkozernistykh samou-plotnyayushchikhsya betonov [The impact of dropping out of kamnedrobleniya and mineral filler on the fine-grained characteristics of self-compacting concrete]. Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Journal of Don]. 2017, no. 3 (46). paper. 107. Available at: http://ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_79_Kastornyh. pdf_4704669b71.pdf. (In Russian)
21. Efremenko A.S., Shindel' E.V. Samouplotnya-yushchiysya tyazhelyy beton na osnove syr'evoy bazy Irkutskoy oblasti [Self-packing heavy concrete on the basis of source of raw materials of the Irkutsk area]. Aktual'nye voprosy razvitiya nauki v mire: sb. nauchn. rabot IV Mezhdunar. nauch. konf. Evraziysk. nauch. ob"edineniya (g. Moskva, aprel' 2015) [Topical issues of science development in the world: scientific articles collection of the 4th International Scientific Conference of Eurasian Scientific Association (Moscow, April 2015)]. 2015, 1 (4), pp. 38-41. (In Russian)
22. Dinakar P. Design of self-compacting concrete with fly ash. Magazine of Concrete Research. 2012, 64 (5), pp. 401-409.
23. Hassan A.A., Lachemi M., Hossain K.M.A. Effect of metakaolin and silica fume on rheology of self-consolidating concrete. ACIMaterials Journal. 2010, 109 (6), pp. 657-664.
24. Ho D.W.S., Sheinn A.M.M., Ng C.C., Tam C.T. The use of quarry dust for SCC applications. Cement and Concrete Research. 2002, 32 (4), pp. 505-511.
25. Nehdi M. Why some carbonate fillers cause rapid increases of viscosity in dispersed cement-based materials. Cement and Concrete Research. 2000, 30 (10), pp. 1663-1669.
26. Bosiljkov V.B. SCC mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone filler. Cement and Concrete Research. 2003, 33, pp. 1279-1286.
27. Brouwers H.J.H., Radix H.J. Self-compacting concrete: the role of the particle size distribution. First International Symposium on Design, Performance and
Use of Self-Consolidating Concrete SCC'2005 — China, 2005.
28. Ozkul M.H., Dogan U.A. Rheological properties and segregation resistance of SCC prepared by Portland cement and fly ash. Measuring, Monitoring and Modeling Concrete Properties. 2006, pp. 463-468.
29. Hassan A.A., Mayo J.R. Influence of mixture composition on the properties of SCC incorporating metakaolin. Magazine of Concrete Research. 2014, 66 (20), pp. 1036-1050.
30. Hwang S.-D., Mayen-Reyna D., Bonneau O., Khayat K.H. Performance of self-consolidating concrete made with various admixture combinations. Proc. 3rd International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete. RILEM Publications, 2003, pp. 467-478.
31. Antoshkina E.G., Smolko V.A. Opredelenie kislotno-osnovnykh tsentrov na poverkhnosti zeren kvartsevykh peskov nekotorykh mestorozhdeniy Rossii [Determination of acid-base centers on the surface of grains of quartz sand of some deposits in Russia]. Vestnik YUUrGU. Seriya: Matematika, fizika i khimiya [Bulletin of the South Ural State University, series «Mathematics. Mechanics. Physics»]. 2008, no. 7, pp. 65-67. (In Russian)
32. Minakov S.V., Rakhimbaev Sh.M. Vliyanie kompleksnykh organo-mineral'nykh dobavok na svoys-tva tsementnogo kamnya [Effect of complex organo-mineral additives on the properties of cement stone]. Vestnik DonNASA: Mat. konf. «Tekhnologiya, organi-zatsiya, mekhanizatsiya i geodezicheskoe obespechenie stroitel'stva» [Proceeding of the Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture: Proc. Of the conference "Technology, organization, mechanization and geodetic support of construction"]. 2010, no. 3(83), pp. 43-45. (In Russian)
33. Pustovgar A.P. Ehffektivnost' primen-eniya sovremennykh superplastifikatorov v sukhikh stroitel'nykh smesyakh [Efficiency of application of modern superplasticizers in dry building mixtures]. 4-ya Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferen-tsiya «MixBULD»" [4th International Scientific and Technical Conference "MixBULD"]. Saint-Petersburg, 2002, pp. 45-52. (In Russian)
34. The European guidelines for self-compacting concrete: specification, production and use. SCC European Project Group, May 2005. p. 63.
m
ф
0 т
1
s
*
о
У
Т
о s
Received January 18, 2018.
Adopted in revised form February 13, 2018.
Approved for publication May 26, 2018.
About the authors: Pustovgar Andrey Petrovich — candidate of technical sciences, assistant professor, Vice Rector for Research, scientific director of the Research Institute of Building Materials and Technologies (SRI SMiT), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
(л)
В
г
У
о *
Ivanova Irina Sergeevna — research worker Research Institute of Building Materials and Technologies (SRI SMiT), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected];
Elenova Aurika Almazovna — candidate of technical sciences, head Research Laboratory of Building Composites, Solutions and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected];
Abramova Anastasiya Yur'evna — junior research worker of Research Institute of Building Materials and Technologies (SRI SMiT), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected];
Adamtsevich Aleksey Olegovich — candidate of technical sciences, senior research worker of Head of the Department of Scientific Policy, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected].
(0 X
о >
с во
M ^
S о
H >
О
X
s
I h О Ф tû
