Дворкін О.Л., д.т.н., професор, Мироненко А.В., к.т.н, доцент, Поліщук-Герасимчук Т.О., к.т.н., асистент, Кундос М.Г., аспірант (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

ЛЕГКІ БЕТОНИ НА ОСНОВІ СУЛЬФАТНО-ШЛАКОВИХ В’ЯЖУЧИХ

Як відомо, сульфатно-шлакове в’яжуче (СШВ) виготовляться шляхом спільного помелу суміші, що складається з 80...85% високоглиноземистого доменного гранульованого шлаку (ДГШ), 10...15% сульфату кальцію (дигідрату або ангідриту) й близько 5% портландцементу, або до 2% оксиду кальцію [1, 2]. Його рекомендують застосовувати, в першу чергу, для конструкцій з підвищеною сульфатостійкістю, стійкістю до впливу кислот та нафтопродуктів. Міцність СШВ, що виготовляються за відомими технологіями [3, 4], випробувано за стандартною методикою і відповідає маркам М150, М200 і М300 [1, 2], а для зразків жорсткої консистенції – до М400 [2]. В цілому досягнутий рівень міцності недостатній для задоволення вимог сучасного будівництва і суттєво поступається за міцністю портландцементу.

Метою наших досліджень була розробка легких бетонів, конструкційно-теплоізоляційних і теплоізоляційних керамзитобетонів, а також арболіту на основі високоміцних СШВ з використанням української техногенної сировини – низькоглиноземистих ДГШ та фосфогіпсу [5-7].

СШВ може бути використане для отримання легких бетонів на основі пористих заповнювачів, зокрема керамзитобетонів та арболіту. Ніздрюваті бетони – газо- і пінобетон виготовляти на СШВ не доцільно [8]. Для газобетону середовище у тісті СШВ не достатньо лужне в наслідок низького вмісту клінкеру і вапна, що ускладнює газоутворення при взаємодії продуктів твердіння з найбільш поширеним газоутворювачем – алюмінієвою пудрою. З тих же самих причин, за нашими даними, різко уповільнюється твердіння пінобетону при використанні сучасних піноутворювачів – ТЕАС, ПО-6, Піностром, СДО, в результаті чого міцність отриманого пінобетону суттєво нижча за вимоги стандарту. Тому в подальшому дослідження було спрямовано на розробку керамзитобетону та арболіту.

В якості легкого крупного пористого заповнювача для керамзитобетону використовувався керамзит Яворівського заводу будівельних матеріалів (Львівська область). Його характеристики: фракція 5…20 мм, насипна густина 500 кг/м³ (КГ 500). Крім того застосовували керамзитовий гравій фірми Macon (м. Кишинів, Молдова), фракція 5...10 мм із насипною густиною 350 кг/м³ (КГ 350).

Для виготовлення арболіту використано один з найбільш поширених заповнювачів з деревини – стружку верстатну хвойних порід (СТЖ) з насипною густиною 150 кг/м³. Для порівняння використали також портландцемент (ПЦ) М400 та шлакопортландцемент (ШПЦ) М300.

В якості дрібного заповнювача для легких бетонів використано кварцовий пісок Нетішинського кар’єру (Славутський район Хмельницької області). Пісок характеризується модулем крупності 1,9...2,0 і кількістю відмулюваних домішок (вміст пилуватих і глинистих часток) біля 1,7 %.

В якості в’яжучого використано СШВ з активністю 35 МПа (склад, мас.%: ДГШ–85, ФГ–10, ПЦ–5, S_пит. = 615 м²/кг). З метою регулювання інтенсивності твердіння арболіту використано технічний хлорид кальцію CaCl₂·2H₂O. Для зменшення водопотреби легкобетоних сумішей і збільшення міцності бетонів використовували суперпластифікатор Melflux-2561 у кількості 0,4% від маси СШВ.

Висока питома поверхня СШВ сприяє більш інтенсивній гідратації СаО зі шлакового скла і зв’язування його в новоутворення тіста СШВ [4], що сприяє збільшенню міцності легких бетонів. Зменшення в’язкості суспензії на стадії приготування керамзитобетонної суміші в наслідок збільшення питомої поверхні в’яжучого за даними [9, 10] сприяє кращій кольматації пор крупного заповнювача. При таких умовах збільшується поверхня контактування розчину СШВ із заповнювачем, що сприяє інтенсифікації процесів контактних взаємодій. Речовинний склад СШВ зумовлює при твердінні вапняно-гіпсове середовище, що підсилює реакційну здатність керамзитового заповнювача. В результаті цього форсується процес зв’язування вільного вапна і гіпсу алюмінатними фазами шлаку і заповнювача. При перемішуванні у змішувачах утворюється тонкодисперсна керамзитова фракція, яка сприяє зростанню кількості продуктів контактних реакцій.

Для порівняння використано також портландцемент (ПЦ) М400 для виготовлення арболіту і шлакопортландцемент (ШПЦ) М300 для приготування керамзитобетону.

Склади керамзитобетонних сумішей для бетонів класів В5..В15 запроектували у відповідністю з методикою [11]. Керамзитобетонну суміш виготовляли з рухливістю (осадкою конуса) 3…5 см. Результати досліджень керамзитобетону представлені в табл. 1, арболіту – у табл. 2.

Таблиця 1

Середня густина і міцність керамзитобетонів

№ скла-ду	Витрата матеріалів, кг/м^3							Середня густина (підсуш.) кг/м^3	Міцність при стиску, МПа
	СШВ	ШПЦ	Вода	Пісок	КГ 350	КГ 500	Melflux -2561
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	300	-	185	500	-	500	-	1355	10,8
2	400	-	200	500	-	500	-	1490	17,0
3	400	-	140	500	-	500	1,6	1480	21,5
4	300	-	150	200	400	-	-	965	7,1
5	300	-	120	200	400	-	1,6	962	11,6
6	400	-	190	200	400	-	-	1075	10,9
7	-	400	210	500	-	500	-	1505	15,3
8	-	400	200	200	400	-	-	1065	9,7

Міцність і середня густина отриманих керамзитобетонів залежить від насипної густини використаного керамзитового гравію. Більш легкий і дрібний керамзитовий гравій КГ 350 вимагає суттєво меншої кількості піску для утворення суцільного бетону. Використання добавки-суперпластифікатора Melflux-2561 дозволило суттєво зменшити водопотребу і збільшити міцність керамзитобетону на основі керамзитового гравію КГ 500 до понад 20 МПа. При використанні більш легкого керамзитового гравію (КГ 350) середня густина керамзитобетону може бути зменшена нижче 1000 кг/м³. За середньою густиною такі керамзитобетони можна віднести до конструкційно-теплоізоляційних. Вони можуть бути використані для виготовлення стінових блоків і панелей, а також дрібноштучних стінових виробів.

Керамзитобетони на СШВ за показниками міцності та середньої густини не поступаються бетонам на шлакопортландцементі.

При проектуванні складів арболіту були використані рекомендації [9]. Ущільнення арболітової суміші здійснено шляхом вібрування з привантаженням в 2,5 кПа.

Таблиця 2

Середня густина і міцність арболіту

№ скла-ду	Витрата матеріалів, кг/м^3				Хлорид кальцію, % від маси СШВ	Середня густина (підсуш.) кг/м^3	Міцність при стиску, МПа
	СШВ	ПЦ	СТЖ	Вода
1	225	-	260	300	-	411	0,34
2	450	-	250	310	-	688	1,36
3	225	-	260	310	2	420	0,56
4	450	-	250	330	2	699	2,31
5	-	450	260	310	-	710	0,97
6	-	450	250	320	2	720	2,19

Як свідчать дані табл. 2, на основі низькоглиноземистого СШВ можна також виготовляти теплоізоляційний (середня густина до 500 кг/м³) та конструкційно-теплоізоляційний арболіт (середня густина понад 500 кг/м³). При цьому позитивним фактором є низький рівень лужного середовища у СШВ, що позитивно впливає на взаємодію цього в’яжучого з деревним заповнювачем, і не викликає суттєвого виділення екстрактивних речовин з деревини. Для збільшення міцності арболіту була використана добавка CaCl₂ – 2,0 % від маси СШВ. Зразки арболіту на СШВ і ПЦ без добавки хлористого кальцію не відповідають вимогам стандарту за міцністю, крім того арболіт на СШВ без добавки CaCl₂ повільно твердіє і розпалублення виробів можливе не раніше 3-х діб від початку формування, в той час як арболітові вироби з добавкою CaCl₂ можна розпалублювати через 1 добу твердіння на повітрі.

Для збільшення міцності арболіту необхідно застосовувати стандартний заповнювач – „дробльонку“. В цілому арболіт на СШВ не поступається арболіту на портландцементі М400.

Отже, в результаті проведених досліджень, встановлено можливість виготовлення легких бетонів – керамзитобетону і арболіту, на основі низькоглиноземистого СШВ. Експериментами показано, що значному зменшенню водопотреби (до 30 %) і відповідно збільшенню міцності понад 20 МПа керамзитобетону (керамзитовий гравій КГ 500) сприяло застосування добавки-суперпластифікатора Мelflux. Щодо арболіту на основі СШВ, то покращення його фізико-механічних характеристик досягнуто введенням в систему добавки хлориду кальцію у кількості 2 % від маси в’яжучого.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества (Технология и свойства) / Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С. – Москва: Стройиздат, 1973. – 479 с. 2. Пащенко О. О. В’яжучі матеріали / Пащенко О. О., Сербін В. П., Старчевська О. О. – Київ: Вища школа, 1995. – 416 с. 3. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник для вузов/ Под ред. Тимашева В.В. – М.: Высш. школа, 1980. – 472 с. 4. Ямалтдинова Л.Ф. Сульфатно-шлаковые вяжущие и бетоны на их основе: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня докт. техн. наук . – Санкт-Петербург, СПГУПС: 2000. – 34 с. 5. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л., Пушкарьова К.К. та ін. Використання техногенних продуктів у будівництві. Навч. посібник. – Рівне, НУВГП, 2009. – 340 с. 6. Фосфогипс и его использоание / В. В.Иваницкий, П. В. Классен, А. А. Новиков [и др.]. – М.: Химия, 1990. – 224 с. 7. Ямалтдинова Л.Ф., Комохов П.Г. Система пор и фазовый состав новообразований при твердении сульфатно-шлаковых вяжущих на основы отходов производства. // Цемент. – 2000. №5/6. 8. Гасан Ю. Г. Оптимізація технології ніздрюватих бетонів на зологіпсоцементному в’яжучому / Ю. Г. Гасан, В. І. Тарасевич, С. В. Бондаренко // Моделирование и оптимизация в строительстве.– 2001. – С. 108. 9. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л. Основи бетонознавства. – К.: Основа, 2007. – 616 с. 10. Орентлихер Л.П. Бетоны на пористых заполнителях в сборных железобетонных конструкциях. – М.: Стройиздат, 1983. – 143 с. 11. Шихненко И.В. Краткий справочник инженера-технолога по производству железобетона. – 2-е изд., перераб. и доп. – К. Будівельник, 1989. – 296 с.