Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

Д.т.н., проф. Калашников В.И., д.т.н., проф. Тараканов О.В.,

аспирант Ерофеева И.В.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Пенза, Россия

Изучение реологической активности известняковой муки для получения эффективных бетонов

В данной статье приведены исследования основных реологических и физико-технических характеристик Салаватской известняковой муки – как реологически-активной добавки, полученную помолом известняка, в смеси с цементом и изучена возможность использования известняковой муки для изготовления реакционно-порошковых бетонов нового поколения.

Известняк I категории является наиболее пригодным для получения бетонов всех марок - от М200 до М1200. Известняк II категории может быть использован для получения бетонов марок от М200 до М1000. Известняк III категории может быть использован для бетонов марок от М200 до М800.

Проведение исследований начинали с приготовления сырьевых материалов: навеска щебня высушивалась до постоянного веса при температуре 105-110°С. 100 г. абсолютно сухого щебня погружала в воду. Водопоглощение зависит от вида пористости материала и непосредственно связано с капиллярно-пористой структурой его. Замкнутые, сферические поры не заполняются водой при обычных испытаниях на водопоглощение. Например, ячеисто-пористые ноздреватые базальты со средней плотностью в куске, равной 2000-2500 кг/м³ не насыщаются водой, хотя имеют пористость 15-35%. Щебень из них имеет малую дробимость по сравнению с плотными базальтами и при пористости 30-35% позволяют получать облегченные бетоны. Для таких базальтов их высокая пористость не является препятствием для использования их в виде каменной муки в качестве дисперсного наполнителя.

Известняк имеет невысокую дробимость. Был осуществлен визуальный и микроскопический просмотр зерен щебня. Визуальный осмотр показал, что зерна имеют различную структуру. Большая часть зерен щебня имеет плотную структуру без видимых округлых пор и геометрически неправильных пустот (каверн). Количество плотной составляющей в щебне доходит до 65-67%.

Меньшая часть зерен известняка (33-35%) имеет округлые поры и каверны. Это слабые зерна (по прочности). Наличие слабых зерен понижает дробимость общей фракции.

При исследовании водопоглощения известнякового щебня он через 3 часа после водонасыщения вынимался из емкости с водой и укладывался на сухую материю. Каждое зерно отдельно протиралось куском материи и навеска взвешивалась на точных электронных весах с точностью до 0,1 г. После взвешивания зерна снова погружались в воду. Через 3 часа водопоглощение составляло 1,83%; через 2 суток 1,92%, через 7 суток 2,3%. Эти результаты свидетельствуют о том, что Салаватский известняк по показателям водопоглощения через 48 часов относится к I категории для изготовления каменной муки.

Для оценки возможности использования каменной муки из отсева камнедробления известняка с фракцией 0-5 мм, полученного дроблением щебня в конусной дробилке, был осуществлено просеивание этой фракции 0-5 мм на сите 008(80 мкм). Проход через сито 008 был проанализирован на приборе ПСХ-2 для определения удельной поверхности. В результате анализа было установлено, что дисперсность муки была очень низкой и составляла 1020 см²/г, что в 3 раза меньше, чем дисперсность товарных цементов. При этом содержание тонкой фракции, прошедшей через сито с размером ячейки 80 мкм, составляло 22% от общей навески.

В соответствии с нашими требованиями к каменной муке, используемой в качестве реологически-активного компонента, ее удельная поверхность должна быть в пределах 3000-4000 см²/г. Эти регламентные требования были нами установлены на основании работы с каменной мукой в течении 10 лет при изготовлении эффективных бетонов.

Для получения каменной муки с необходимой дисперсностью был осуществлен помол известняка в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности S_уд=3200 см²/г. Окончательной оценкой качества каменной муки является необходимый расплыв водной суспензии ее в смеси с цементом и с суперпластификатором, а также определение водоредуцирующего эффекта. Для этого, в начале определяется расплыв суспензии цемента с водой. Затем определяется количество воды от массы цемента для получения расплыва суспензии из конуса Хегерманна (конус от встряхивающего столика по ГОСТ 310.4-81*), равного 280-320 мм. Второй эксперимент проводится на пластифицированной суспензии. В качестве суперпластификаторов использовали Melflux 5581. Использование высокоэффективных суперпластификаторов – основа получения бетонов нового поколения.

Таким образом, в воду затворения с суперпластификатором при перемешивании постепенно высыпается портландцемент и по истечении 5 минут смешивания суспензия выливается в конус.

Поликарбоксилатные гиперпластификаторы обеспечивают при В/Ц = =0,18-0,2 расплывы суспензий диаметром 280-230 мм на цементах различных производителей и водоредуцирующий эффект от 2 до 2,8 ,т.е. снижают расход воды в 2-2,5 раза.

После тестирования растекаемости цемента вторым этапом является оценка растекаемости суспензии из композиции двух порошков – цемента и каменной муки. Соотношение «цемент: каменная мука» по массе должно быть 1:0,5 и 1:1. Если при этом расплывы такой суспензии и цементной суспензии с каменной мукой будут одинаковы при равном количестве воды, то мука не ухудшает способности цемента разжижаться под действием суперпластификатора. Если же при одинаковых расплывах цементно-минеральная суспензия потребует меньше количество воды, то мука усиливает действие суперпластификатора и является наиболее приемлемой в качестве реологически-активной добавки.

Если цементно-минеральная суспензия потребует большое количество воды для одинакового расплыва с цементной, то использование такой муки становится возможным лишь в том случае, если возрастание расхода воды не превышает 10-15% по сравнению с цементной.

В качестве примера, поясняющего методику оценки каменной муки, приведены результаты эксперимента с тестированием суспензии цемента и суспензии цемента с Салаватской известняковой мукой с S_уд=3200 см²/г.

Суспензия из двух порошков цемента и известняковой муки с гиперпластификатором Melflux 5581 требует меньшее количество воды для получения одинакового расплыва. Водоредуцирующий (водопонижающий) эффект гиперпластификатора на этой суспензии на 11% выше, чем на цементной суспензии (2,15). Таким образом, известняк для изготовления известняковой муки относится к I категории. С использованием этой каменной муки можно будет изготавливать не только малопластичные и жесткие бетонные смеси, но и самоуплотняющиеся и саморастекающиеся.

Соотношение цемент: известняковая мука равное 1:1 будет использоваться для изготовления бетонов, не превышающих марку М300. Чаще всего, наиболее употребительными в бетонах будут соотношения 1:0,75 или 1:0,5. При таких соотношениях реотехнологический показатель расплыва суспензий, практически не меняется.

При изготовлении реакционно-порошкового бетона с использованием известняковой каменной муки с соотношением «цемент:каменная мука» - «1:0,5» (состав РПБИЦБ-2) результаты показали, что полученный бетон имеет прочность на осевое сжатие через 1 сутки н.у.т. – 67 МПа, через 28 суток – 130 МПа, прочность при изгибе через 1 сутки н.у.т. составила 9,8 МПа, через 28 суток – 14,5 МПа. Расплыв смеси на конусе Хагерманна 30 см.

Как видно из полученных данных, известняковую каменную муку можно использовать в качестве тонкомолотого наполнителя для получения самоуплотняющихся и саморастекающихся бетонных смесей и высокопрочных бетонов.