Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

К.т.н., Мороз М.Н., д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Нанометрические гидросиликаты кальция для ускорения твердения бетонов

Проблема ускорения твердения цементных бетонов при добавлении малых дозировок гидросиликатов кальция (ГСК) – центров кристаллизации - была во все времена актуальной. Однако она никогда не была реализуемой с достижением высоких технических и экономических эффектов из-за невозможности получения нанометрических размеров ГСК.

На кафедре «ТСМиД» Пензенского ГУАС инициативные исследования по синтезу добавки ГСК начались в 2011 г. В результате проведенных исследований подобраны концентрации реагирующих веществ, скорость подачи реагента, дозировка стабилизатора. Выявлена оптимальная концентрация твердых частиц в суспензии и содержание действующего вещества в ней. Для подтверждения расчетного состава проведен рентгеновский анализ продукта, который показал наличие рентгеноаморфных гидросиликатов кальция.

Ускоряющая роль нанометрических ГСК оценивалась в высокопрочных бетонах нового поколения. При этом кинетику набора прочности порошково-активированного (ПА) мелкозернистого песчаного бетона фиксировали, начиная с 6 часов нормального твердения, при температуре 20 °С. Составы бетонов и прочностные показатели представлены в табл. 1.

Через 6 часов твердения можно было зафиксировать лишь значения пластической прочности с использованием конического пластометра.

Как видно из таблицы, пластическая прочность бетона с ГСК превышает прочность контрольного в 32 раза. Через 8 часов уже можно было зафиксировать прочность на сжатие с испытанием на прессе. Она оказалась в 10,8 раз выше, чем у контрольного.

Таблица 1

Состав и прочностные показатели реакционно-порошкового бетона с ГСК

Наименование ком-понентов и их расход на 1 м^3бетона, кг		В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3	Консистенция	Прочность, МПа, через
					6 час.	8 час.	10 час.	1 сут.	7 сут.	28 сут.
Контрольный состав
Цемент ПЦ 500 Д0	400	0,387 0,068	2370	ОК = 28 см	0,1^*	1,0	4,2	43,2	88	116
Микрокремнезем	40
Микрокварц	300
Песок тонкий фр. 0-0,63мм	560
Песок средний	975
СП Melflux 5581F	3,6
Вода	155
Состав с ГСК
Цемент ПЦ 500 Д0	391	0,387 0,068	2360	ОК = 27 см	3,2	10,6	18,2	44,4	86	118
Микрокремнезем	39,1
ГСК	9,2
Микрокварц	293
Песок тонкий фр. 0-0,63мм	547
Песок средний	956
СП Melflux 5581F	3,5
Вода	152

* - пластическая прочность.

А через 10 часов прочность бетона с ГСК превышала прочность контрольного бетона более чем в 4 раза. Важно, что через 9-10 часов возможно распалубливание форм с бетоном, содержащим ГСК без использования тепловой обработки, в то время как бетон без добавки ГСК, требует более длительной выдержки, возможно, через 14-16 часов. Такой быстрый набор освобождает от необходимости тепловой обработки и использования насыщенного водяного пара.

Ускоряющая роль ГСК при твердении бетонов наиболее сильно проявляется при тепловой обработке в пропарочных камерах в среде насыщенного пара, при повышенных температурах от 40 до 80 °С. Для этого было изготовлено два одинаковых состава мелкозернистого песчаного бетона с расходом цемента 422 кг на 1 м³ бетона. Первый состав был контрольный – «К». Второй состав «ГСК» был с добавкой ГСК в количестве 1% от массы цемента. Первый состав твердел при температуре 80°С, второй при температуре 40 °С. Прочность бетона фиксировалась через 4 часа, через 6 часов и через 28 суток. Как следует из табл. 2, через 4 часа прочность бетона с ГСК превышает контрольный состав почти в 4 раза несмотря на то, что контрольный состав твердел при температуре 80°С, а с ГСК – при 40°С; через 6 часов прочность бетона с ГСК превышает контрольный на 70%.

Таблица 2

Прочностные показатели ПА мелкозернистых бетонов с ГСК при ТВО

№ состава	Прочность (Rсж/Rизг) при ТВО, МПа, через			Ц/Rсж
	4 час.	6 час.	28 сут.
К	5,3/1,2	16,1/3,5	102,4/12,5	4,1
ГСК	19,9/2,5	27,4/5,2	110,4/12,5	3,8

Таким образом, распалубку изделий с ГСК можно уже осуществлять через 4-5 часов. При этом снижение расхода пара достигается более чем в 2 раза, что характеризует нанометрические ГСК как энерго- и теплосберегающие добавки в заводской технологии бетона и железобетона.

Работа выполняется при поддержке Стипендии Президента РФ молодым ученым (СП-89.2015.1).