Бетоны со сниженым высолообразованием

Клочков А.В. аспирант, Жерновский И.В. к.г-м.н., доцент, Фоменко Ю.В. к.т.н., Строкова В.В. док. техн. наук, проф. каф. СМИиК,

БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород.

Для определения оптимального состава бетонной смеси со сниженным высолообразованием, разработку необходимо производить в два этапа: выбор исходных материалов, обладающих необходимыми свойствами в конкретных условиях производства и применения, и определение оптимального количественного соотношения между компонентами бетонной смеси. Все эти условия должны быть выполнены при минимальном расходе вяжущего, т.к. это является основным критерием оптимального состава бетонной смеси[1].

Как известно, свойства мелкозернистого бетона зависят от свойств вяжущего, водоцементного отношения, методов уплотнения бетонной смеси и качества заполнителя. Свойства заполнителя определяются структурно-текстурными характеристиками исходной породы, минеральным составом, типоморфными особенностями и, как следствие, активностью и морфологией поверхности[2].

Изучение кварцевых природных и техногенных песков, а также опыт получения вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) на наполнителях различных генетических типов[3] свидетельствует о том, что наиболее эффективным является применение кварцевого сырья с низкой степенью кристалличности. В связи с этим в качестве компонента ВНВ был выбран кварц кварцитопесчаников зеленосланцевой фации метаморфизма Лебединского месторождения (КМА, РФ) в виде отсева дробления, который в силу типоморфных особенностей отличается повышенной степенью дефектности различных порядков и, как следствие, более интенсивной размалываемостью и высокой реакционной способностью.

В качестве кварцевого компонента, как при разработке составов с плотнейшей упаковкой, так и при приготовлении композиционных вяжущих помимо отсева использовались осадочные породы − песок ОАО «Вяземское карьероуправление» (табл. 1, 2). Для разработки состава ВНВ–50 использовался цемент ЦЕМ I 42,5 Н производства ЗАО «Белгородский цемент» и суперпластификаторы [4]– Melment F10, Melflux 1641 F, для которых был произведен подбор их оптимальной концентрации.

Таблица 1

Физико-механические свойства природного и техногенного песков

Вид сырья	Модуль крупности	Плотность, кг/м^3			Водопотребность, %
		средняя	истинная	насыпная
Вяземский песок	2,7	1560	2610	1500	6
Отсев дробления кварцитопесчаника	3,7	1520	2710	1415	5,5

Таблица 2

Химический состав кварцевого сырья

Вид сырья	Содержание оксидов по массе, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	MgO	Na2O	K2O	SO3	TiO2	CaO	п.п.п
Вяземский песок	93,2	2,1	0,75	–	0,3	0,24	0,35	0,06	0,12	1,5	1,1
Кварцитопесчаник	94,32	2,61	0,42	0,81	0,66	0,22	0,65	0,01	0,16	0,46	0,65

Разработаны составы ВНВ–50 на основе слабо упорядоченного кварца пород зеленосланцевой фации метаморфизма. Использование композиционных вяжущих позволяет решить несколько задач: снижение расхода цемента; связывание Са(ОН)₂ аморфизованной фазой кремнеземистого компонента; увеличение плотности цементного камня за счет заполнения микропор вторичными продуктами реакций пуццоланового типа и благодаря присутствию в составе вяжущего пластифицирующих добавок.

Высокая эффективность использования в мелкозернистых вибропрессованных бетонах высокоплотных смесей при условии применения высококачественного кварцевого заполнителя, полной обмазки и минимальной раздвижки зерен цементным тестом, обусловлена созданием контактной структуры материала и, тем самым, повышением прочности и плотности материала за счет вовлечения в работу заполнителя и создания его зернами структурного каркаса бетона. Эти же факторы позволяют снизить вероятность коррозии выщелачивания[5].

Показано, что максимальный эффект достигается при увеличении соотношения «цемент / отсев кварцитопесчаника» при использовании высокоплотного состава с 1/3 до 1/3,5 (табл. 3). Это позволяет уменьшить толщину раздвижки зёрен заполнителя цементным тестом до 30 мкм и, тем самым, не только повысить прочность и плотность материала, но и снизить расход вяжущего с 600 до 540 кг.

В результате оптимизации микроструктуры цементного камня за счет применения ВНВ и увеличения плотности упаковки заполнителя обеспечивается рост прочности мелкозернистого бетона и снижение высолообразования в эксплуатационный период. На основе композиционных вяжущих и высокоплотных составах заполнителя разработаны составы бетона для технологии вибропрессования. Предложенные составы позволяют получать готовые изделия с малодефектной структурой бетона, увеличить прочность на 6–25 % (табл. 3) в зависимости от типа заполнителя и вида добавки.

Таким образом, предложены принципы проектирования мелкозернистого бетона с пониженным высолообразованием, за счет оптимизации составов и структуры на стадии подбора компонентов бетонной смеси, что способствует повышению плотности материала и снижению содержания растворимых компонентов. Показана целесообразность использования в качестве кремнеземисто компонента композиционных вяжущих мономинеральных кварцевых пород зеленосланцевой фации метаморфизма. Установлено, что для увеличения плотности бетонной смеси путем создания плотнейшей упаковки рациональным является применение заполнителя с коэффициентом качества ≥ 0,9.

Таблица 3

Физико-механические характеристики мелкозернистого бетона в зависимости от состава

№ п/п	Состав*	Расход материалов на 1 м^3смеси, кг			Возраст, сутки	Rсж, МПа	Водопог-лощение, %	Истирае-мость, %	Морозо-стойкость	Степень высолообра-зования**
		вяжущее	мелкий заполнитель (Вяземский песок)	вода
1.	ВНВ–50 Песок Melflux 1641 F = 0,60	491 (245,5)	1620	82,5	3	20,13	3,4	0,32	200	---
					7	28,1
					14	23,5
					28	44,5
2.	ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65	475 (237,5)	1620	77,19	3	21	3,0	0,30	200	---
					7	31
					14	39
					28	49
3.	ВНВ–50 Песок Melment F10 = 1,427	491,7 (245,5)	1620	82,5	3	20,5	3,6	0,33	150	+--
					7	27,6
					14	34,6
					28	42,2
4.	ВНВ–50 ОКВП Melment F10 = 1,5	488 (244)	1620	81,15	3	22	3,2	0,30	200	---
					7	28
					14	38
					28	45
5.	Высокоплотный 1:3 ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65	500 (250)	1800	138	3	20,2	3,0	0,30	200	---
					7	27,8
					14	37
					28	49
6.	Высокоплотный 1:3,5 ВНВ–50 ОКВП Melflux 1641 F = 0,65	440 (220)	1874	122	3	22	3,0	0,30	200	---
					17	35
					14	50
					28	55

Примечание: *ОКВП – отсев дробления кварцитопесчаника; **+-- незначительное количество высолов; --- высолы отсутствуют; на бетонах, полученных по заводским составам степень высолообразования – высокая

Список использованных источников:

1. Строкова В. В. О влиянии размерных параметров полиморфных модификаций кварца на его активность в композиционных вяжущих В. В. Строкова, И. В. Жерновский, Ю. В. Фоменко //Белгород: НТЖ «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова», 2007. – С. 48 – 49.

2. Розенталь, Н. К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости : автореф. дис. . докт. техн. наук / Розенталь Н. К. Москва, 2005. – 36 с.

3. Баженов, Ю. М. Многокомпонентные мелкозернистые бетоны / Ю. М. Баженов // Строит, материалы, оборудование, технологии XXI века. –2001.–№10.–С. 24.

4. Батраков, В. Г. Суперпластификаторы в производстве железобетонных конструкций / В. Г. Батраков // Бетон и железобетон. 1981. – № 9. – С. 7–9.

5. Строкова, В. В. Управление процессами синтеза строительных материалов с учетом типоморфизма сырья / В. В. Строкова // Строит, материалы. Приложение «Наука», № 4. М., 2004. – № 9. – С. 2–5.