CC BY
458
УДК 624
Ю.В. Ефименко, И.Н. Некипелов, С.К. Толстенко, С.Л. Чугунова
ЕФИМЕНКО Юрий Васильевич - кандидат технических наук, НЕКИПЕЛОВ Игорь Николаевич - кандидат технических наук, ТОЛСТЕНКО Светлана Константиновна, ЧУГУНОВА Светлана Леонидовна (Центр «Строительные материалы и технологии» ДальНИИС РААСН, Владивосток). © Ефименко Ю.В., Некипелов И.Н., Толстенко С.К., Чугунова С.Л., 2012
Влияние золы на свойства бетона
Представлены результаты комплексных исследований пуццоланической реакции золы в бетоне с использованием кондуктометрического анализа и определения параметров пористости по водопоглощению, установлена взаимосвязь измеренных показателей бетона с расчетными «химическими» модулями качества золы по Воятзакису и Губбарду.
Ключевые слова: зола, бетон, пуццоланическая реакция, кондуктометрический анализ, гидравлическая проницаемость, модули качества.
Effect of ash on the properties of concrete. Yuri V. Efimenko - Ph. D., Igor N. Nekipelov - Ph.D., Svetlana K. Tolstenko, Svetlana L. Chugunova (Center «Building materials and technology» DalNIIS RAASN, Vladivostok). The results of complex investigations of the pozzolanic reaction of ash in the concrete with the use of the conduc-timetric analysis and determination of the void parameters on water absorption are presented; the relationship between the measured concrete characteristics and calculated "chemical" ash quality modules on Voyatzacis and Hubbard was derived.
Key words: ash, concrete, pozzolanic reaction, conductimetric analysis, hydraulic permeability, quality modules.
Применение золы в бетоне основано на использовании ряда ее физико-химических свойств, и прежде всего ее пуццоланической активности - способности взаимодействовать с гидроксидом кальция и щелочами в поровой жидкости бетона.
Принято считать, что цемент с золой является идеальным вяжущим для железобетонных изделий заводского изготовления с тепловой обработкой паром. Применение золы более эффективно для портландцементов с умеренной экзотермией. Считается, что ни содержание углерода, ни удельная поверхность и показатель активности по поглощению СаО не могут быть использованы для оценки эффективности золы. Известно также, что каждые 10% золы увеличивают капиллярную прочность бетона на 15% .
В ДальНИИС выполнены комплексные исследования различных свойств растворов и бетонов в процессе твердения при нормальной температуре и пропаривании по режиму, час: 3+3+490 С + медленное остывание. Образцы хранили в известковой воде. Применены золы ГРЭС и ТЭЦ Приморского края (Партизанская - П, Большекаменская - БК, Главвладивостокстроя - ГВС) и портландцемент ПЦ 400 Спасского завода (С3Б 57-60%, С2Б 14-18%, С3А 9-10%, С4АР 10-12%).
Изученные золы имели обычные для кислых зол составы:
- химический, % (БЮ2 = 53-62, А1203 = 22-24, Ре203 = 2,4-3,4, СаО = 0,4-2,0; Ре203 = 2,4-3,4; РеО = 0,3-2; К^О = 2,2-3,9);
- минералогический (Р-кварц, полевые шпаты, муллит, аморфизованная стеклофаза, полукоксовые остатки с температурой окисления при 500-580 °С)
и несколько различались по удельной поверхности (200-300 м2/кг) и удельному электросопротивлению (800-4000 Ом • см) водной вытяжки.
Пуццоланическую реакцию (ПР) устанавливали по соотношению Аз>Ао, где Аз и Ао - соответственно, параметры для бетона (раствора) с золой и без золы (см. таблицу).
Кондуктометрические измерения показали, что присутствие золы в любом количестве изменяет электропроводность бетона (раствора) на всех этапах твердения. Пуццоланический эффект по прочности зафиксирован только в случае введения золы взамен части песка, в то время как по электропроводности этот эффект регистрируется при частичной замене как песка, так и цемента.
При нормальном хранении в течение первого месяца пуццоланическая реакция по электропроводности протекает медленно и в большей степени зависит от количества золы. Но к эксплуатационному возрасту (90 сут) действие золы на электропроводность бетона становится определяющим (см. таблицу).
Влияние золы на свойства бетона в возрасте 90 сут (состав в кг/м3: Ц = 210, В = 225, Щ = 1130, П = 650+зола)
Свойства бетона Режим твердения Бетон
без золы с золой (95кг/м3)
Ц=217кг/м3 Ц=270кг/м3 ГВС П БК
Прочность Я, МПа НХ 9,9 15,9 21 20,3 17,0
ПАР 8,3 13,3 13,8 18,6 15,9
Удельное электросопротивление р, кОмгсм НХ 3,74 3,78 7,59 6,75 4,59
ПАР 3,08 2,96 38,0 33,0 14,5
Сквозная пористость Пс, % НХ 10,7 9,8 3,9 4,8 6,8
ПАР 13,3 12,8 0,8 1,0 2,3
Константа пропитки а^109 см-2^"1 НХ 11,4 10,7 13,6 7,8 11,0
ПАР 12,8 7,0 10,0 7,2 9,3
Водопоглощение максимальное Wmах, % об. НХ 17,6 16,9 15,6 16,4 17,2
ПАР 17,6 17,4 17,0 15,4 16,6
Водопоглощение в течение 24 ч W24 / Wmах, % НХ 84 88 88 89 88
ПАР 83 84 92 95 92
Параметр однородности пор (по Бруссеру) а, отн.ед. НХ 0,67 0,63 0,62 0,60 0,64
ПАР 0,91 0,82 0,65 0,63 0,65
Модуль Воятзакиса Мв=[(Сa0+Мg0+R20)/(Si0+ А1203)]х103, отн. ед. - _ - 72 67 59
Модуль Губбарда Мг= (К20/А1203)х10, в молях - - - 1,79 1,29 1,06
Цементирующая эффективность Я/Сц, МПа - 140 183 320 286 250
Начало пуццоланической реакции т, сут НХ 13 19 22
Примечание. Сц - объем цемента, отн. ед.; тпр - начало пуццоланической реакции, устанавливаемой по уравниванию относительного электросопротивления бетона с золой и без золы.
Пропаривание вызывает термоактивацию пуццоланической реакции золы, что приводит к резкому возрастанию удельного электросопротивления, прочности и снижению параметров проницаемости (р, Пс и т.д.) золосодержащих бетонов (растворов). При этом высокие значения относительной прочности (до 90...95% от Я28) и удельного электросопротивления бетонов с золой в возрасте 24 ч после пропаривания подтверждают вовлечение в процесс твердения дополнительных продуктов реакций золы с щелочами в форме Са(ОН)2 и Я2О.
После прохождения пуццоланической реакции бетон с золой обладают улучшенными (в сравнении с контрольными составами) показателями по Ясж, Пс, Wmах, а (см. таблицу).
Зафиксированные нами значения параметров однородности пор а = 0,60-0,65 при показателе среднего радиуса пор Х2= 1,0-1,6 соответствуют данным М.И. Бруссера для зрелых (180 сут) цементных материалов с В/Ц = 0,6.
Подтверждена подчиненность прохождения пуццоланической реакции золы с щелочами цемента модулям активности этих алюмосиликатов по Воятзакису (Мв) и Губбарду (Мг).
Изменение прочности и показателей проницаемости исследованных бетонов согласуется со значениями модулей Мв и Мг и характеризует эти золы как пуццоланически активные.
Бетоны с добавкой золы имеют существенно более высокое удельное электросопротивление (в 5.10 раз выше контрольных) и низкую сквозную пористость, что можно рассматривать как фактор их повышенной коррозионной стойкости, в том числе в электрических полях.
