Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Андреева А.В., Давыдова Н.Н., Буренина О.Н., Петухова Е.С.

Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск, Россия

Модификация мелкозернистого бетона

Модификация, мелкозернистый бетон, прочность при сжатии, механоактивация, водопоглощение, морозостойкость.

Применение в цементных системах дисперсных и ультрадисперсных минеральных наполнителей со структурными особенностями, близкими к цементным минералам, является целесообразным не только вследствие проявления многими из них химической активности, но и вследствие возможности встраивания их молекул в структуры кристаллогидратных фаз в процессе гидратации. Минеральные добавки, инертные по отношению к воде и не вступающие в реакции гидратации, в отличие от цемента, способствуют формированию устойчивой реологической матрицы цементных систем и улучшению технологических свойств растворных и бетонных смесей.

Для исследования были изготовлены образцы мелкозернистого бетона. В качестве вяжущего был использован портландцемент ПЦ 400 Д0 производства ОАО ПО «Якутцемент» (ГОСТ 10178-85). В качестве заполнителя использовался песок из поймы р. Лена, который согласно ГОСТ 8736-93, соответствует II классу, категории очень мелкий – модуль крупности составляет М_кр = 1,29. В качестве минерального сырья были выбраны: цеолит месторождения Хонгуруу РС(Я) и глина Ой-Бесского месторождения РС (Я).

Механоактивацию минеральных добавок производили на планетарной мельнице-активаторе АГО-2 при скорости вращения барабанов 1200 об/мин. Время активации составляло 2 мин, так как ранее проведенные исследования показали, что такая продолжительность активации наполнителей является оптимальной для получения наполненного бетона с высокими физико-механическими характеристиками.

Исследование распределения частиц минеральных добавок по размерам показывает, что зерновой состав глины и цеолитов соответствует требованиям для применения в качестве минеральной добавки в цемент.

Установлено, что введение в бетон 5 мас.% механоактивированного цеолита позволяет на 70% повысить прочность бетона по сравнению с исходным образцом. Практически те же значения прочности получены при замене 10% массы цемента цеолитами. При замене 15% цемента цеолитами наблюдается существенное снижение ранней прочности бетона при сохранении исследуемого показателя на уровне исходного образца в проектном возрасте.

При использовании глины в качестве добавки-заменителя наблюдается обратная картина. При введении 5 масс.% глины прочность образцов бетона остается на уровне исходного образца, не содержащего добавок. Видно, что введение 15% механоактивированной глины от массы цемента позволяет получить бетон с высокой скоростью затвердевания. Причем, прочность такого бетона уже на ранней стадии твердения выше чем, прочность исходного бетона. В возрасте 28 суток его прочность на 42% выше по сравнению с исходным бетоном.

Эффективность и количественное соотношение минеральных добавок определяется исходной структурой минерального сырья. Цеолиты имеют жесткий каркас с развитой системой пор и каналов. Вероятно, такая структура характеризуется высокими значениями водопотребления, что приводит к дефициту затворяющей жидкости и неполному протеканию гидратационных процессов при высокой степени наполнения. Слоистая структура глины, придающая ей пластичность характеризуется меньшим значением водопотребления, что позволяет частицам глины комфортно встраиваться в структуру бетона, не поглощая воду, необходимую для затвердевания.

На рис. 1 представлены результаты микроисследования образцов бетона, содержащих 15 масс.% модифицирующих добавок.

а)	б)

Рис. 1. Структура бетона, содержащего механоактивированные добавки:

а) 15 масс.% глины; б) 15 масс.% цеолита

Видно, что структура образца с активированной глинистой добавкой (рис.2 а) более плотная, чем у образца с активированным цеолитом (рис.2 б), межзерновые полости заполнены волокнистыми новообразованиями, создающими множественные пространственные связи, что в целом повышает плотность, а соответственно и прочность цементного камня. У образца с цеолитовой добавкой (рис. 2б) наблюдается структура с большим количеством свободного межзернового пространства, расстояния между кристаллическими формами достигает 15-20 мкм, почти отсутствуют игольчатые и волокнистые новообразования, что свидетельствует о более полном протекании гидратационных процессов. Таким образом, показано, что введение в мелкозернистый бетон активированных минеральных добавок позволяет повысить скорость его твердения и проектную прочность.

Работа выполнена при поддержке проекта № 12-08-98508 «Разработка технологий механоактивационной обработки местного минерального сырья для повышения качества бетонов», по региональному конкурсу грантов РФФИ_Арктика.

Литература

1. Добавки в бетон: справ. Пособие / В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др. Под ред. В.С. Рамачандрана. Пер. с англ. Т.И. Розенберг, С.А. Болдырева; под ред. А.С. Болдырева, В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат. 1988. 575 с.