Научная статья на тему 'Высокопрочный бетон с использованием золы-уноса и микрокремнезема'

Высокопрочный бетон с использованием золы-уноса и микрокремнезема Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
3215
402
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН / РАСТВОР / МИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА / МИКРОКРЕМНЕЗЕМ / ЗОЛА-УНОС / ПРОЧНОСТЬ / HIGH-STRENGTH CONCRETE / MORTAR / MINERAL ADDITIVE / MICROSILICA / FLY ASH / STRENGTH

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Урханова Лариса Алексеевна, Розина Виктория Евгеньевна

Рассмотрены вопросы получения высокопрочного бетона с использованием в качестве минеральной добавки золы-уноса и микрокремнезема. Комбинация золы-уноса и микрокремнезема как минеральной добавки является одним из эффективных путей улучшения свойств бетона. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния золы-уноса и микрокремнезема на подвижность и прочность раствора и бетона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Урханова Лариса Алексеевна, Розина Виктория Евгеньевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH THE USE OF FLY ASH AND MICROSILICA

The article deals with the problems to obtain high-strength concrete with the use of fly ash and microsilica as mineral additives. The combination of fly ash and microsilica as a mineral additive is one of effective ways to improve concrete properties. The article presents the results of experimental studies of the effect of fly ash and microsilica on the mobility and strength of mortar and concrete.

Текст научной работы на тему «Высокопрочный бетон с использованием золы-уноса и микрокремнезема»

тами;

- увеличить объемы вложений средств в инженерное обустройство территории за счет средств городского бюджета.

Реализация этих мер позволит преодолеть проблему безземелья и, как следствие, увеличить объемы предложения на рынке жилья.

Наблюдаемый в настоящее время дефицит предложения инженерно-обустроенных территорий под застройку возник именно вследствие нехватки подготовленных к строительству земельных участков. Подготовка инфраструктуры (проведение электричества, канализации, строительство дорог), которая предшествует строительству дома, в среднем занимает 1,5-2 года.

Таким образом, для снижения стоимости жилья нужно решать принципиальные вопросы повышения темпов роста производительности и сокращения сроков жилищного строительства на всех стадиях - от выбора площадки до ввода объекта в эксплуатацию. При этом необходимо:

1. Увеличить объемы строительства жилья за счет снижения административных барьеров, подготовки строительных площадок под комплексную застрой-

ку.

2. Увеличить государственные расходы на жилищное строительство, ввести в практику муниципальный заказ для отдельных социальных категорий граждан.

3. Муниципальным властям ограничить многочисленные требования по отчислениям денежных средств у застройщиков и строителей на развитие инженерной инфраструктуры (жители городов на эти цели платят налоги и не должны нести дополнительные расходы за счет удорожания собственного жилья).

4. Естественным монополиям необходимо самим вкладывать средства в собственную инфраструктуру, т.к. инвестиционная составляющая заложена в тарифах на воду, тепло, электроэнергию, газ и т.д.

Правовая основа для решения жилищного вопроса в Российской Федерации в целом сформирована. С учетом масштабов потребительского спроса населения на жилье и его социальной значимости, главная задача сегодня состоит в комплексном подходе к развитию этого сегмента экономики на основе системно-стратегического анализа.

Библиографический список

1. Аналитический обзор. Конъюнктура рынка недвижимости Иркутска в 2010 году [Электронный ресурс]. http://www.realtyirk.ru/

2. Аналитический обзор. Конъюнктура рынка недвижимости Иркутска в 2011 году [Электронный ресурс].

http://www.realtyirk.ru/

3. Аналитический обзор. Конъюнктура рынка недвижимости Иркутска в 2011 году [Электронный ресурс]. http://www.realtyvision.ru/

УДК 666.972.125 - 666.973

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗОЛЫ-УНОСА И МИКРОКРЕМНЕЗЕМА Л.А.Урханова1, В.Е.Розина2

Восточно-Сибирский государственный технологический университет, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40В.

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены вопросы получения высокопрочного бетона с использованием в качестве минеральной добавки золы-уноса и микрокремнезема. Комбинация золы-уноса и микрокремнезема как минеральной добавки является одним из эффективных путей улучшения свойств бетона. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния золы-уноса и микрокремнезема на подвижность и прочность раствора и бетона. Табл. 3. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: высокопрочный бетон; раствор; минеральная добавка; микрокремнезем; зола -унос; прочность.

HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH THE USE OF FLY ASH AND MICROSILICA L.A. Urkhanova, V.E. Rosina

East-Siberian State Technological University, 40B, Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, 670013.

1Урханова Лариса Алексеевна, доктор технических наук, профессор кафедры производства строительных материалов и изделий, тел.: (3012) 211960.

Urkhanova Larisa, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Manufacturing of Building Materials and Products, tel.: (3012) 211960.

Розина Виктория Евгеньевна, старший преподаватель кафедры строительного производства, тел.: (3952) 405138, e-mail: ctroitel@istu.edu

Rosina Victoria, Senior Lecturer of the Department of Building Industry, Institute of Architecture and Construction, tel.: (3952) 405138, e-mail: ctroitel@istu.edu

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article deals with the problems to obtain high-strength concrete with the use of fly ash and microsilica as mineral additives. The combination of fly ash and microsilica as a mineral additive is one of effective ways to improve concrete properties. The article presents the results of experimental studies of the effect of fly ash and microsilica on the mobility and strength of mortar and concrete. 3 tables. 6 sources.

Key words: high-strength concrete; mortar; mineral additive; microsilica; fly ash; strength.

Благодаря своим превосходным свойствам - отличному соотношению прочности к средней плотности, высокой плотности и долговечности - высокопрочный бетон все чаще используется для решения различных практических задач строительства. В последние годы высокопрочный бетон был включен в нормативные строительные документы Германии и Европы с присвоением класса прочности до С100 [1, 2], что заложило прочную основу для применения подобных бетонов.

Ввиду малого объема капиллярных пор, скорость проникновения жидких и газообразных веществ в высокопрочный бетон ниже аналогичных показателей бетонов класса прочности до В60. Следовательно, от него можно ожидать более низких темпов проникновения агрессивных сред, что является преимуществом с точки зрения коррозионной защиты арматуры. Еще одна особенность материала - повышенная устойчивость к химическому воздействию, например, технической соли.

Интерес представляет получение высокопрочного бетона с использованием в качестве минеральной добавки комплексной добавки, содержащей золу-уноса, отхода теплоэнергетики, и микрокремнезем. Нестабильность состава и качества производимой на предприятиях теплоэнергетики золы-уноса является сдерживающим фактором использования её для высокопрочного бетона [3]. Комбинация золы-уноса и микрокремнезема позволит устранить этот отрицательный факт, ускорить пуццолановую реакцию при твердении бетона и улучшить плотность упаковки получаемого бетона. Для получения высокопрочного бетона использовали портландцемент марки ЦЕМ I 52,5Н ООО «Ангарский цемент», кварцевый песок ЗАО «Завод нерудных материалов» с модулем крупности Мк=2,60-2,66, щебень с максимальным размером зерна до 20 мм, микрокремнезем (МК) ООО «Братский завод ферросплавов», золу-уноса НовоИркутской ТЭЦ (ОАО «Иркутскэнерго»), суперпластификатор С-3.

Физические свойства, химический и минералогический состав золы-уноса (ЗУ) представлен в табл. 1. Для улучшения свойств бетона исходную ЗУ измельчали в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 500-700 м /кг. Подбор составов растворов и бетона производился с использованием как исходной золы-уноса, так и молотой до различной степени дисперсности.

На Братском заводе ферросплавов осаждение МК происходит на четырех полях системы газоочистки плавильных печей, при этом место отбора МК определяет его химический состав и дисперсность, кото-

рая уменьшается от 1-го поля к 4-му полю. Для получения высокопрочного бетона использовали микрокремнезем 3-го и 4-го полей, характеризующийся показателями: истинная плотность - 2,25 г/см3; насыпная плотность - 220 кг/м ; удельная поверхность - <2500 м2/кг; размер частиц - 0,1-3 мкм; ппп - 5,05,10%; водородный показатель (рН) - 6.

Таблица 1

Химический, минералогический состав и физические свойства золы-уноса

3

Расход сырьевых материалов на 1 м раствора и бетона, а также результаты по кинетике изменения прочности при сжатии раствора и бетона представлены в табл. 2,3. При получении раствора отношение заполнителя (песка) к вяжущему (вяжущее представлено смесью цемента и микронаполнителей) во всех случаях было равно 2, водовяжущее отношение -0,30. Влияние содержания микронаполнителей на свойства бетонов и растворов определили путем их введения вместо цемента.

Результаты исследований показывают, что при использовании золы-уноса в качестве минеральной добавки прочность при сжатии раствора меньше (или равно, чем у контрольного образца (без микронаполнителей). При замене части ЗУ в составе вяжущего

Зола-уноса Зола- Зола-

Показатели уноса молотая (№1) уноса молотая (№2)

исходная

Плотность, г/см 3 2,17 2,25 2,32

Удельная поверхность, м2/кг 330 490 690

Химический со-

став, мас. %:

бЮ2 57,5

М2О3 21,51

СаО 9,19

Ре2О3 6,8

МдО №2О 1,6 0,4

К2О 1,6

ТЮ2 0,7

ЭО3 0,7

СаО св нет

Минералогический

состав, %:

Кварц Муллит стеклофаза ппп 8,66 35,02 52,87 3,45

микрокремнеземом прочность раствора и бетона увеличивается. Особенно этот эффект очевиден при использовании тонкомолотой золы-уноса. Совместное использование золы- уноса и микрокремнезема в вяжущем обеспечивает не только плотную и прочную структуру раствора и бетона, но и плотную и прочную контактную зону с поверхностью заполнителя. Это доказывает существующее мнение о том, что при формировании структуры бетона большое значение имеет не столько применение разного по размерам сырья, сколько использование материалов, способных к взаимодействию и создающих плотную и прочную контактную зону на поверхности частиц твердой фазы.

При использовании только цемента в качестве вяжущего, даже при максимальном содержании суперпластификатора - 3,0%, подвижность раствора меньше, чем при использовании комплексной минеральной добавки (табл. 2). При одинаковом расходе воды подвижность раствора при замене части цемента на золу-уноса и микрокремнезем увеличивается. Увеличение содержания в составе бетона микрокремнезема дает увеличение подвижности бетонной смеси (расплыв конуса 62 см), при этом содержание суперпластификатора увеличивается с увеличением содержания МК.

Высокоподвижные бетонные смеси с комплексной минеральной добавкой по сравнению с бетонной смесью с цементом в меньшей степени склонны к водоот-делению и, соответственно, отличаются повышенной

связностью-нерасслаиваемостью и ярко выраженной тиксотропностью [4].

Применение комплексной минеральной добавки золы-уноса и микрокремнезема позволяет получать на обычных материалах (цементе и заполнителях) высокопрочные растворы (фактически мелкозернистые бетоны) и тяжелые бетоны (классы В45 и выше). Результаты исследований по кинетике набора прочности раствора и бетона показывают, что за 3 сут. твердения происходит значительный рост прочности бетона: почти 50% от 28 суточной прочности раствора и бетона. Растворы и бетоны, как на чистом цементе, так и с использованием ЗУ и МК, имеют значительную величину прироста прочности в возрасте от 28 до 91 суток, которая составляет: 22-24% для раствора и бетона с цементом, 40-45% в случае использования только золы-уноса в качестве минеральной добавки, 20-25% в случае использования ЗУ и МК. При одинаковой подвижности растворных смесей и содержании минеральной добавки (см. табл. 2) прочность при сжатии раствора при использовании молотой золы на 2530% выше, чем при использовании исходной золы-уноса.

Поровая структура бетона меняется с изменением тонкости помола золы-уноса и увеличением количества микрокремнезема. В случае использования только цемента средний размер пор бетона составляет 0,04-0,05 мкм. При использовании в качестве минеральной добавки золы-уноса средний размер пор снижается до 0,017-0,020 мкм, почти в 2 раза.

Таблица 2

Состав и свойства раствора

Вид золы Ц/В Соде ржание компонентов, г С-3, % от массы вяжущего Подвижность по осадке конуса Абрамса, мм Прочность при сжатии, МПа, после

Ц ЗУ МК песок вода 3 дней 7 дней 28 дней 91 дня

- 1,0 675 0 0 1350 202,5 3,0 217 46,5 53,5 75,0 91,5

Немолотая зола 0,6 405 270 0 2,6 260 - - 76,0 92,0

216 54 3,0 263 - - 71,0 85,0

Молотая зола №2 0,6 270 0 1,2 273 32,0 47,0 51,5 77,5

216 54 2,2 262 30,0 54,0 77,0 110,0

162 108 3,0 254 33,0 52,0 73,0 115

Молотая зола № 1 0,5 270 270 0 3,0 243 48,0 70,0

Примечания: 1. Ц/В - отношение цемента к вяжущему. - 2. Твердение раствора происходило при температуре 22±2 С, влажности 95-99%.

Состав и свойства бетона

Таблица 3

Общее содержание вяжущего, кг на 1 м3 Расход компонентов, кг на 1 м3 бетона С-3, % от массы вяжущего Расплыв конуса Аб-рамса, мм Прочность при сжатии, МПа, после

Ц ЗУ МК 3 дней 7 дней 28 дней 91 дня

550 550 - - 2,0 650 45,0 55,0 65,0 85,0

550 400 150 0 1,5 600 40,0 51,0 65,5 80,5

400 120 30 1,8 560 43,0 53,0 69,0 85,0

400 105 45 2,1 620 46,0 56,0 77,0 90,0

Примечания: 1. Для проведения исследований использовали молотую золу №2. - 2. Твердение бетона происходило при температуре 22±20С, влажности 95-99%.

Введение микрокремнезема в состав минеральной добавки снижает средний размер пор бетона в среднем на 20-30% в зависимости от содержания МК. Исследование микроструктуры бетона ещё раз доказывает эффективность использования в качестве минеральной добавки ЗУ и МК. Формирование структуры цементного камня и бетона происходит в соответствии с известными закономерностями, характерными для системы с активным микронаполнителем и суперпластификатором [5]. Изменение фазового состава цементного камня с комплексной минеральной добавкой проявляется в повышении степени гидратации цемента, а также в изменении баланса между гидрат-ными фазами в сторону увеличения объема более прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция типа СБИ (I) вместо первичных кристаллогид-

ратов портландита и высокоосновных гидросиликатов кальция типа СБИ (II).

Таким образом, совместное использование золы-уноса и микрокремнезема в качестве минеральной добавки при условии оптимизации состава и гранулометрии заполнителей позволяет получать бетоны с высокими прочностными показателями из самоуплотняющихся смесей. Самоуплотняющиеся смеси способны укладываться в опалубку без вибрации и равномерно распределяться во всем её объеме при сохранении однородности, в том числе при наличии густорасположенной арматуры [6]. Кроме того, использование этих материалов в технологии бетона позволит утилизировать отходы промышленного производства, что особенно актуально в условиях байкальского региона.

Библиографический список

1. DIN 1045-2 Norm, 2001-07. Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. -Teil 2: Beton; Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformitt; Anwendungsregeln zu DIN EN 2061. Beuth Verlag, Berlin.

2. DIN EN 206-1 Norm, 2001-07.Beton-Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformitt. Deutsche Fassung EN 206-1:2000, Beuth Verlag, Berlin.

3. S. Nagataki. Mineral Admixtures in Concrete - State of the Art and Trends, Concrete Technology Past, Present and Future, ACI SP-114, p. 447-482, 1994.

4. Силина Е.С., Шейнфельд А.В., Жигулев Н.Ф., Борыгин С.Т. Свойства бетонных смесей с модификатором бетона МБ-01 // Бетон и железобетон. 2000. №1. С. 3-6.

5. Каприелов С.С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов // Бетон и железобетон. 1995. №4. С. 16-20.

6. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С. и др. Новые бетоны и технологии в конструкциях высотных зданий // Высотные здания. 2007. №.5. С. 94-101.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.