CC BY
0
Влияние пуццолановой добавки на прочность цементного камня в
строительных растворах
А.С. Ципинов, И.А. Жирикова Кабардино-Балкарский государственный университет им Х.М. Бербекова
Аннотация: В статье приведены результаты влияния замены части цемента вулканическим пеплом на прочность цементного камня в строительных растворах. Пуццолановые добавки обладают гидравлическими свойствами. Вулканические пеплы месторождений Кабардино-Балкарии можно применять в строительных растворах и бетонных смесях в качестве активной минеральной добавки.
Ключевые слова: вулканический пепел, активная минеральная добавка природного происхождения, строительные растворы с активными минеральными добавками, цементный камень, прочность на изгиб и сжатие.
Природные и искусственные материалы в тонкомолотом виде при смешивании с воздушной известью, обладающие гидравлическими свойствами, называются активными минеральными или гидравлическими добавками [1, 2]. В смеси с портландцементом эти добавки повышают водо-и сульфатостойкость цементного камня.
При твердении цементных растворов и бетонов из вяжущего выделяется Ca(OH)2 (гидрат окиси кальция), легко соединяется с углекислым газом воздуха и понижает его сопротивляемость [3, 4] по отношению к выщелачиванию и воздействию некоторых солей, содержащихся в минерализованных водах. Для повышения стойкости к выщелачиванию в цементные растворы и бетоны вводят активные минеральные добавки (АМД). Такие добавки снижают расход цемента и, соответственно, стоимость строительного раствора и бетона [5-7].
К АМД природного происхождения относятся осадочные (диатомиты, трепелы, опоки и глиежи) и вулканические (пеплы, туфы, пемзы, трассы). В качестве активных минеральных добавок применяют также искусственные материалы - доменные гранулированные шлаки, топливные золы и шлаки, глинистые материалы и кремнеземистые отходы в обожженном виде [8,9].
Активные минеральные добавки на основе вулканических пород называют пуццолановыми (по названию итальянского селения Поццуоли в Неаполитанском заливе, где они впервые стали разрабатываться).
Для вулканического пепла, применяемого в качестве АМД характерно сравнительно высокое содержание кремнезема и глинозема. Активность вулканического пепла как добавки зависит от скорости охлаждения расплавленной магмы. Такие добавки часто в значительной части или почти целиком состоят из стекла. При введении пуццоланов в состав цементов свободная известь связывается нерасстеклованной алюмосиликатной составляющей этих добавок [10-12]. На активность добавок вулканического происхождения влияет также содержание в них химически связанной воды. Это подтверждается тем, что вулканический трасс после прокаливания теряет способность придавать извести гидравлические свойства.
В Кабардино-Балкарской Республике (КБР) расположены 16 месторождений вулканического пепла, сырье которых пригодно как мелкий заполнитель пеплобетонов и строительных растворов. По запасам вулканического пепла наибольшим является Куркужинское месторождение КБР. По сведениям Северо-Кавказкого Геологического Управления запасы
3
этого месторождения пепла составляют по категории А+В+С1 - 7059 тыс. м , по категории С2 - 11032 тыс. м . Общий годовой объем добычи вулканического пепла в карьерах Кабардино-Балкарии колеблется от 50 до 80 тыс. м3 [4,9].
Наибольшей гидравлической и пуццолановой активностью обладает тонкомолотая мелкодисперсная часть вулканического пепла с удельной
л
поверхностью 2000-5000 см или зерна фракции менее 0,1 мм. В используемом в качестве АМД природном пепле, содержание фракции, прошедшей через сито №008 составляет до 15 % по массе.
Механизм действия АМД на основе вулканического пепла в строительных растворах и бетонных смесях обусловлен процессами гидратационного твердения, как заменителя части цемента, и, к тому же, учитывая, что удельная поверхность добавок и цемента близка, такие добавки обладают также пластифицирующим эффектом.
АМД применяют в строительных растворах и бетонах для повышения их подвижности, снижения расхода цемента (ГОСТ Р 56196-2014, EN 1971.2000) без снижения прочности бетона и раствора [8, 9].
С целью определения влияния АМД на прочностные характеристики цементного камня в строительных растворах проводились испытания образцов, изготовленных из 5-ти составов цементно-песчаного раствора, с заменой части портландцемента вулканическим пеплом фракции менее 0,16 мм.
Материалы для испытаний. Вулканический пепел Каменского месторождения КБР по зерновому составу содержит зерна менее 0,16 мм -31,52 %, зерна размером менее 0,08 мм - 14 %. Влажность пепла в естественном состоянии составляет 10,8 % [10].
Портландцемент марки М400 производства Черкесский цементный завод ЗАО «Кавказцемент». Вода затворения - водопроводная из городской сети.
Растворные смеси пяти составов для определения активности вяжущего с различным расходом цемента и добавки АМД, одинаковым количеством мелкого заполнителя и воды затворения, готовились в одинаковых условиях. Образцы - балочки размером 40х40х160 мм на изгиб и сжатие испытывались в возрасте 14 и 28 суток.
Результаты испытаний образцов приведены в табл. № 1 и на графике (рис. 1).
Таблица № 1
Состав и прочность строительного раствора
Состав Наименование^"^-^^ 1 2 3 4 5
Портландцемент, г 500 475 450 450 450
Песок кварцевый, г 1500 1500 1500 1500 1500
Пепел вулканический фракции менее 0,16 мм, г 0 25 25 50 90
Пепел в % от цемента 0 5,26 5,55 11,11 20
Вода затворения, мл 300 300 300 300 300
Прочность на изгиб Rизг. 14 сут., МПа 5,76 6,285 5,355 5,64 5,9
Прочность на изгиб Rизг. 28 сут., МПа 7,68 8,38 7,14 7,52 7,87
Прочность на сжатие Ясж. 14 сут., МПа 27,01 22,19 24,81 24,39 24,92
Прочность на сжатие Я^. 28 сут., МПа 46,25 35,56 39,757 39,09 42,673
График зависимости прочности цементного камня на изгиб и сжатие в строительных растворах в возрасте 14 и 28 суток представлен на рис. 1. По результатам проведенных исследований можно сделать вывод: - замена части цемента в строительных растворах вулканическим пеплом фракции менее 0,16 мм в количестве до 20 % приводит к снижению прочности цементного камня не более чем на 15 % для состава 2 ,3 и 4, и менее 9 % для состава 5 по сравнению с составом 1 - без пуццолановой добавки.
Р с:+28
Р с;г.1 4
Рис. 1. - График зависимости прочности строительного раствора от количества добавки пепла
Литература
1. Лесовик В.С., Федюк Р.С., Лисейцев Ю.Л., Панарин И.И., Воронов В.В. Влияние состава на свойства и строение модифицированных цементных композитов // Строительные материалы. 2022. №9. С. 39-49. DOI: doi.org/ 10.3 16659/0585-430x^022-806-9-39-49.
2. Макаева А.А., Тихонова Т.В., Голубева Е.П., Макаева Д.Р. Влияние минеральных наполнителей на свойства тяжелого бетона // Проблемы и перспективы развития строительства, теплогазоснабжения и энергообеспечения: Материалы VIII Национальной конференции с международным участием, Саратов, 15-16 ноября 2018 года / Под редакцией
Ф.К. Абдразакова. Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2018. С. 221-223.
3. Ахматов М.А. Применение отходов камнепиления туфкарьеров и рыхлых пористых пород в качестве заполнителей легких бетонов и конструкций из них. Нальчик, 1981. - 128 с.
4. 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. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2017/4340.
5. Петров И. В., Красиникова Н.М. Исследование эффективности различных минеральных наполнителей для состава мелкозернистого бетона // Актуальные вопросы современной науки: Сборник статей по материалам XII международной научно-практической конференции. В 3-х частях, Томск, 23 мая 2018 года. Томск: Общество с ограниченной ответственностью Дендра,
2018. С. 139-144.
6. Низина Т.А., Балбалин А.В. Влияние минеральных добавок на реологические и прочностные характеристики цементных композитов // Вестник ТГАСУ. - 2012, № 2. - С. 148-153.
7. Бердов Г.И., Ильина Л.В. Влияние количества и дисперсности минеральных добавок на свойства цементных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 11-12. - С. 11-16.
8. Middendorf, В. Nanoscience and nanotechnoiogy in cementitious materials // Cement International. - 2006. - №4. - pp.- 80 - 86.
9. Valery K. Khuranov, Muzarib I. Bjakhov, Aues S. Tsipinov. Materials Science Forum. 2018. Vol. 931. pp. 243-246.
10. Хуранов В.Х., Ципинов А.С., Исупов А.Р., Бербеков А.А. Двухслойная стеновая панель из пеплотуфобетона // Инженерный вестник Дона, 2020, №6. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n6y2020/6512.
11. Несветаев Г.В., Животкова И.А. Влияние некоторых минеральных добавок на свойства мелкозернистых бетонов и строительных растворов // Инженерный вестник Дона, 2024, №5. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n5y2024/9200.
12. Несветаев Г.В., Козлов Г.А., Козлов А.В., Филонов И.А. Влияние некоторых минеральных добавок на свойства мелкозернистых бетонов // Инженерный вестник Дона, 2022, №11. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n 11 y2022/7972.
References
1. Lesovik V.S., Fedyuk R.S., Liseytsev YU.L., Panarin I.I., Voronov V.V. Stroitel'nyye materialy. 2022. №9. pp. 39-49. DOI: doi.org/ 10.3 16659/0585-430x-2022-806-9-39-49.
2. Makayeva A.A., Tikhonova T.V., Golubeva Ye.P., Makayeva D.R. Problemy i perspektivy razvitiya stroitel'stva, teplogazosnabzheniya i energoobespecheniya: Materialy VIII Natsional'noy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem, Saratov, 15-16 noyabrya 2018 goda. Pod redaktsiyey F.K. Abdrazakova. Saratov: Saratovskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet im. N.I. Vavilova, 2018. pp. 221-223.
3. Akhmatov M.A. Primeneniye otkhodov kamnepileniya tufkar'yerov i rykhlykh poristykh porod v kachestve zapolniteley legkikh betonov i konstruktsiy iz nikh [The use of rock-cutting waste from shoe quarries and loose porous rocks as fillers for lightweight concretes and structures made of them.]. Nal'chik, 1981. 128 p.
4. Kastornykh L. I., Taroyan A.G., Usepyan L.M. Inzhenernyi vestnik Dona. 2017. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2017/4340.
5. Petrov I. V., Krasinikova N.M. Aktual'nyye voprosy sovremennoy nauki: Sbornik statey po materialam XII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy
М Инженерный вестник Дона, №6 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2024/9309
konferentsii. V 3-kh chastyakh, Tomsk, 23 maya 2018 goda. Tomsk: Obshchestvo s ogranichennoy otvetstvennost'yu Dendra, 2018. pp. 139-144.
6. Nizina T.A., Balbalin A.V. Vestnik TGASU. 2012, № 2. pp. 148-153.
7. Berdov G.I., Il'ina L.V. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2010. № 11-12. pp. 11-16.
8. Middendorf, В. Cement International. 2006. №4. pp. 80 - 86.
9. Valery K. Khuranov, Muzarib I. Bjakhov, Aues S. Tsipinov. Materials Science Forum. 2018. Vol. 931. pp. 243-246.
10. Khuranov V.KH., Tsipinov A.S., Isupov A.R., Berbekov A.A. Inzhenernyi vestnik Dona, 2020, №6. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n6y2020/6512.
11. Nesvetayev G.V., Zhivotkova I.A. Inzhenernyi vestnik Dona, 2024, №5. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n5y2024/9200.
12. Nesvetaev G.V., Kozlov G.A., Kozlov A.V., Filonov I.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2022, №11. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n11y2022/7972.
Дата поступления: 13.04.2024 Дата публикации: 2.06.2024
