CC BY
109
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ БЕТОНЫ НА НАНОМОДНФНКАТОРАХ ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
HIGH-QUALITY CONCRETE ON NANO-MODIFIERS TECHNOGENIC ORIGIN
С.И. Баженова S.I. Bazhenova
ГОУ ВПО МГСУ
В статье приведено обоснование возможности получения высококачественных бетонов с комплексом одновременно заданных характеристик, предъявляемых к бетонам за счёт модификации структуры цементного камня, введение комплексных добавок на поверхность заполнителя. установлены основные зависимости, позволяющие при использовании наномодификаторов на основе техногенных отходов и отечественного гиперпластификатора получить высококачественные самоуплотняющиеся бетоны.
In article the substantiation of possibility of reception of high-quality concrete with a complex of simultaneously set characteristics shown to concrete at the expense of updating of structure of a cement stone, introduction of complex additives on a filler surface is resulted. The basic dependences allowing at use nanomodifierson the basis of a technogenic waste and domestic hypersoftener are established to receive high-quality self-condensed concrete.
Высококачественные бетоны это бетоны, в которых одновременно сочетаются высокая прочность (60-120 МПа и выше), морозостойкость более F400, водонепроницаемость свыше W=12, истираемость менее 0.4 г/см2 и т.п. Самоуплотняющийся бетон представляет собой материал, который способен уплотняться под действием собственного веса, полностью заполняя форму даже в густоармированных конструкциях. Перспективным является его использование для производства сборного железобетона и в монолитном строительстве. Производство самоуплотняющихся бетонов требует использования дорогостоящих гиперпластификаторов на основе поликарбоксилатов, применения оптимальной гранулометрии заполнителя, введение микро- и ультрадисперсного наполнителя, управление реологией высокоподвижных бетонных смесей.
Для получения высококачественных самоуплотняющихся бетонов необходимо иметь закономерности формирования структуры и свойств, описывающих реологию литых смесей, оптимальное распределение заполнителей, а также аппроксимационных статистических зависимостей, оценивающих влияние микронаполнителей на эксплуатационные характеристики бетонов нового поколения.
В высококачественных самоуплотняющихся бетонах в качестве наполнителей эффективно использовать техногенные отходы. Однако они отличаются, как правило, высокой неоднородностью по составам и свойствам. Поэтому для получения эффективных наномодификаторов необходимо техногенные отходы подвергнуть механохи-мической активации.
В результате механической активации возрастает реакционная способность наполнителей, повышается их однородность, ускоряются химические реакции, как между твердофазными компонентами, так и между твердыми и жидкими, наблюдаются изменения состава и строения измельченного вещества.
Получение из отходов промышленности таких наномодификаторов возможно только при использовании активаторов нового поколения, способных осуществлять наномодификацию материалов, при этом отличаться высокой производительностью и низкими энергозаратами. С этой целью был выбран активатор серии АКРК (активатор с кольцевой рабочей камерой), отличительной особенностью которого является то, что частицы, находящиеся в вихревом потоке подвергаются соударениям при скорости около 80 м/с. Частицы в результате такой обработки переходят из нормального в возбужденное состояние и становятся активными центрами гидратации цемента.
В качестве наполнителей были подвергнуты активации отсевы камнедробления известняка. Рентгенофазный анализ отсевов фракции менее 5 мм показал содержание следующих минералов: СаС03 - 95-97%, (ё= 3,2; 3,235)А, CaMgC03 (ё= 2,90; 1,99, 2.19 )А - около 1%, БЮ 2 (ё= 3,34; 2,28; 1,82)А, БеО (ё= 1,526; 1,51; 1,297, 1,235)А - около 1-2%.
С помощью лазерного гранулометра возможно получить частици наномодификаторов до 55% размером менее 10-15 мкм, в том числе около 10% частиц с размером менее 1 мкм (10-7 - 10-9 м).
Таким образом, механохимическая активация отходов в активаторах серии АКРК ведет к полидисперсному увеличению удельной поверхности отходов, кроме того, происходит изменение структуры частиц на поверхности, образование дополнительных дефектов в решетках минералов, что способствует повышению их однородности и химической активности.
В настоящее время появился отечественный гиперпластификатор, разработанный компанией «Полипласт» на основе полинафталинсульфатного суперпластификатора. Добавка представляет собой комплексный продукт смеси регулятора реологических свойств, регулятора структурообразования и стабилизатора. «Полипласт СП СУБ» является добавкой широкого спектра действия. Она может использоваться как обычный суперпластификатор для различных бетонов и как добавка для получения самоуплотняющихся бетонов при определенном составе бетона, включающем мелкодисперсный наполнитель.
Введение супер- и гиперпластификатора при низких значениях В/Ц и наличие на-номодификатора способствует образованию тонкозернистого геля. Уменьшение размеров кристаллов цементного камня и его пор ведет к повышению прочности и стойкости материала. Использование наномодификаторов приводит не только к повышению плотности материала, но и в результате взаимодействия с новообразованиями цементного камня создают плотную и прочную контактную зону между цементным камнем и заполнителем, являющуюся наиболее слабым звеном бетона.
Известно, что в бетоне даже длительного твердения содержится значительное количество непрореагировавшего цемента. Следовательно, часть цемента можно заменить на тонкодисперсный наполнитель. Количество наполнителя будет зависеть от его активности и активности цемента, от требуемой прочности бетона, продолжительности и условий твердения.
Была установлена зависимость прочности бетона от структурно-технологического фактора С1, представляюего собой отношение Ац /(Ац + Ан+В) , где Ац и Ан - абсолютные объемы цемента и наполнителя, В -количество воды затворения. Фактор С1 характеризует объемную концентрацию цемента в многокомпонентном цементном тесте.
Таблица 1
Рекомендуемое количество суперпластификатора С-3
и гиперпластификатора «Полипласт СП СУБ»_
Содержание С3А,% Количество, % от массы цемента Нормальная густота,% Количество, % от массы цемента
С-3 ГП С-3 ГП
4 0.48 0.7 24 0.6 1.0
6 0.8 1.07 26 0.74 1.2
8 1.02 1.4 28 0.9 1.4
Была установлена зависимость прочности бетонов от фактора С1 при испытании бетонных смесей с осадкой конуса 27-28 см при расплыве конуса 60-62 см и расходе добавки «Полипласт СП СУБ» 1.2% от массы цемента при расходе воды затворения 200-205 кг/м3. Были использованы следующие исходные материалы: портландцемент Воскресенского завода марки М500Д0, песок Люберецкого карьера с модулем крупности Мкр = 1,35 и содержанием пылевидной фракции (0 - 0,14 мм) в количестве 5%, гранитный щебень Токовского месторождения с насыпной плотностью 1290 кг/м3 , плотностью - 2,6 г/см3, одопотребностью - 3,1% и отсев дробления известнякового щебеня Ковровского карьера с насыпной плотностью 1260 кг/м3, плотностью - 2,63 г/см3, водопотребностью - 8,2%.
Была получена критериальная зависимость прочности бетона (Яб) от С1: Яб = 232 С1 - 38.4.
Данная зависимость позволяет определить количество наполнителя (Н): Н = (Ац -С1 Ац - С1 В) / С1, где Ац =Ц /рц , Ц - расход цемента, рц - плотность цемента.
Для определения оптимального расхода гиперпластификатора в высокоподвижных бетонных смесях были получены зависимости расхода ГП добавки «Полипласт СП СУБ» от содержания в цементе С3А и от нормальной густоты цемента (табл.1).
Аналитическое выражение этих зависимостей следующие:
Д = 0.129 С3 А + 0.172 Д = 0.1 НГ - 1.41
Из рекомендуемых значений в случае их несовпадения выбирается большее.
На основании полученных зависимостей были подобраны составы высококачественных самоуплотняющихся бетонов классов по прочности В40 - В70, представленные в табл.2.
Из данных табл.2 следует, что в качестве высококачественных бетонов могут быть рассмотрены исследуемые бетоны на данных исходных материалах классов по прочности свыше В40.
Таблица 2
Составы и свойства самоуплотняющихся бетонов заданной прочности
Класс Ц/В Ц1 кг/м3 С1 Н кг/м3 ц кг/м3 А Зап дм3 щ кг/м3 П кг/м3 R6 МПа По, %
B40 2.39 478 0.39 94 384 636 832 832 51.4 13.4
B45 2.64 529 0.42 77 452 621 812 812 58.8 13.0
B50 2.83 565 0.44 73 492 609 796 796 64.3 12.8
B60 3.3 660 0.5 32 628 584 763 763 77.1 12.2
B70 3.77 754 0.55 0 754 557 728 728 90 11.2
Примечание: 1. Ц1 - суммарная масса цемента и наполнителя;2. Азап - абсолютный объем заполнителя; 3. По - пористость бетонов, определяемая по водопоглоще-нию под вакуумом.
Таким образом, установлены основные зависимости, позволяющие при использовании наномодификаторов на основе техногенных отходов и отечественном гиперпластификаторе получать высококачественные самоуплотняющие бетоны.
Ключевые слова: Бетон, модификации структуры, самоуплотняющийся бетон, техногенные отходы, наполнители.
Keywords: Concrete, the structure updatings, self-condensed concrete, a technogenic waste, fillers.
e-mail автора: [email protected]
