Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Аспиранты Ерофеева И.В., Аксёнов С.В., Суздальцев О.В.,

к.т.н. Мороз М.Н., д.т.н., проф. Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Роль удельной поверхности гравелита и глауконитового песчаника в формировании прочности и увеличении водоотталкивающих свойств гидрофобизированных мелкозернистых бетонов

Степень влияния гидрофобизирующих добавок на водостойкость минеральношлаковых композиций в значительной мере зависит не только от количественного фактора – массового соотношения компонентов смеси и порошкообразной гидрофобной добавки, но и качественного – равномерного дискретного распределения частиц гидрофобизатора в структуре дисперсного материала. В соответствии с этим, дисперсность сырьевых материалов может оказать существенное влияние на эффективность действия гидрофобизирующих добавок. С изменением дисперсности материалов происходит изменение структурной топологии, т.е. взаимного расположения частиц вяжущего, наполнителя, заполнителя и добавок. Происходит количественное и качественное изменение пористости композита – изменение объема и диаметра пор.

В связи с этим, предстояло изучить влияние дисперсности горных пород из гравия и из глауконитового песчаника на кинетику водопоглощения и изменение прочности при сжатии минеральношлакового мелкозернистого бетона, гидрофобизированного стеаратом кальция. Для проведения экспериментов были изготовлены образцы. Соотношение шлак:горная порода 1:1,5 , в которых использовались тонкомолотые горные породы с различной дисперсностью: для гравия 600, 900, 1100 м²/кг, а для глауконитового песчаника 300, 600, 1300 м²/кг. В качестве заполнителя использовали песок сурского месторождения. Соотношение вяжущее (горная порода + шлак):заполнитель = 1:1,5. В качестве активизатора твердения использовали щелочь NaOH. Влажность смеси – 8%. Образцы формовали методом прессования при давлении 25 МПа. Образцы твердели в нормально-влажностных условиях в течение 28 суток и периодически испытывались на прочность. После 28 суток твердения образцы, обезвоженные над хлоридом кальция до стабилизации массы, были помещены в воду для определения кинетики водопоглощения. Результаты испытаний представлены на рис. 1 и 2.

Как видно из графиков рис.1 кинетики водопоглощения оптимальная структура пор и максимальная их гидрофобизация гравелитошлакопесчаного бетона (ГрШПБ) создаются при дисперсности гравия 900 м²/кг. При этом водопоглощение по массе у контрольных образцов через 70 суток составляет около 6%, в то время как у образцов из гравия дисперсностью 600 и 1100 м²/кг водопоглощение составляет около 7,5%. Водопоглощение гидрофобизированных образцов при дисперсности гравия 900 м²/кг достигает 4%, а при дисперсности 600 и 1100 м²/кг – 5,5%. Эти значения свидетельствуют, что эффект гидрофобизации в составах с оптимальной дисперсностью горной породы усиливается.

Аналогичная картина проявляется при определении кинетики водопоглощения образцов из глауконитошлакопесчаного бетона (ГлШПБ) на глауконитовом песчанике (рис. 2). Здесь наиболее эффективными оказались составы с дисперсностью глауконитового песчаника 600 м²/кг: водопоглощение контрольных образцов составило 9,2%, гидрофобизированных – 4,7%, т.е. практически в 2 раза ниже. Для составов с дисперсностью глауконитового песчаника 300 м²/кг эти показатели оказались равными 11,8 и 9%, соответственно, а для составов с дисперсностью глауконитового песчаника 1300 м²/кг – 9,8 и 6,7%. Безусловно, что оптимальная дисперсность наполнителя сама собой является определяющей. Она проявляет себя лишь во взаимодействии с удельной поверхностью шлака. В паре эти компоненты формируют оптимальную гранулометрию в целом, при которой при давлении прессования 25 МПа создается минимальная открытая пористость, доступная для воды.

Рис. 1 Кинетика водопоглощения (слева) и роста прочности при осевом сжатии (справа) гравелитошлакопесчаного бетона в зависимости от удельной поверхности гравия: а) 600 м²/кг; б) 900 м²/кг; в) 1100 м²/кг:

1 – контрольный составы; 2 – гидрофобизированные составы

Рис. 2 Кинетика водопоглощения (слева) и роста прочности при осевом сжатии (справа) глауконитошлакопесчаного бетона в зависимости от удельной
поверхности глауконитового песчаника: а) 300 м²/кг; б) 600 м²/кг; в) 1300 м²/кг:

1 – контрольные составы; 2 – гидрофобизированные составы

При увеличении дисперсности сверх определенного оптимального значения, водопоглощение на всех составах увеличивается. Это также можно объяснить увеличением водопотребности с возрастанием удельной поверхности, недоуплотнением материала и ростом пористости при одинаковом давлении прессования. Таким образом, удельную поверхность, равную 900м²/кг для ГрШПБ и 600 м²/кг для ГлШПБ можно считать наиболее оптимальной, если шлак измельчен до S_уд = 350 м²/кг. Что касается прочности при сжатии, то у ГрШПБ она повышается при увеличении дисперсности с 600 до 900 м²/кг, а затем несколько снижается при дальнейшем увеличении удельной поверхности гравия до 1100 м²/кг.

Таким образом, снижение средней плотности материала в результате недоуплотнения адекватно сказывается на прочностных показателях. У ГлШПБ прочность увеличивается при увеличении удельной поверхности песчаника от 300 до1300 м²/кг. В данном случае снижение средней плотности материала при увеличении дисперсности не привело к падению прочности образцов в результате того, что значительно возросла прочность каркаса вяжущего из-за сильного повышения реакционной активности глауконитового песчаника. В целом же прочностные параметры ГлШПБ несколько уступают ГрШПБ.

Установлено также избирательное воздействие стеарата кальция на прочностные параметры минеральношлаковых мелкозернистых бетонов. При сохранении общей картины кинетики упрочнения материалов у ГлШПБ гидрофобизатор несколько снижает прочностные параметры, а у ГрШПБ – наоборот, значительно их увеличивает (на 25-30%). Можно полагать, что нерастворимый порошкообразный гидрофобизатор стеарат кальция, имеющий удельную поверхность ниже, чем у стеарата цинка и, не вступая в химическое взаимодействие с вяжущим, способствует меньшему экранированию тонкодисперсных частиц гравелита, что способствует более активному взаимодействию их с продуктами гидратации шлака.