Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

К.т.н. Ананьев С.В., аспирант С.В. Аксенов,

аспирант И.В. Ерофеева, д.т.н., проф. Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Роль дисперсности и качества кварцевого песка на реологию и прочностные свойства суспензионного бетона

В соответствие с положениями физической химии, смесь цемента, минеральной молотой муки, тонкого песка и воды, является суспензией. При этом с позиции физико-химии важно различать агрегативно-неустойчивые и агрегативно-устойчивые суспензии. Бетоны нового поколения могут быть получены только на основе агрегативно-устойчивых к тому же, высококонцентрированных суспензий. Такими их делают высокоэффективные суперпластификаторы. Поэтому правомерно все порошковые (pulver beton или Powder Concrete) и реакционно-порошковый бетон (Reaktionspulver beton-RPB или Reactive Powder Concrete), называть суспензионными. Такие суспензионные бетоны являются самоуплотняющимися, в связи с тем, что при низком предельном напряжении сдвига суспензии из нее выделяется пузырьки воздуха в соответствие с законом Стокса, определяющем скорость всплывания пузырьков в зависимости от вязкости. В самоуплотняющихся песчаных и щебеночных бетонах теория подбора состава которых пока не разработана, содержание суспензионной составляющей должно существенно возрастать, а содержание песка-заполнителя (в песчаных бетонах) и содержание щебня (в щебеночных бетонах), должно существенно уменьшаться.

При наполнении высокопрочных бетонов нового поколения молотыми горными породами важным является дисперсность каменной муки. В порошковых бетонах молотый кварцевый песок или микрокварц являются реологически-активной добавкой в смеси с пластифицированной цементной суспензией. Но она обладает реакционной активностью с Са(ОН)₂ при длительных сроках твердения.

Естественно, что микрокварц с очень высокой удельной поверхностью со временем будет интенсивнее реализовывать свою реакционную активность, чем грубомолотый. Но для самоуплотняющихся порошковых бетонов (ПБ) и реакционно-порошковых бетонов (РПБ) важно, прежде всего, сохранение текучести при высоком водоредуцирующем эффекте, позволяющем реализовать высокую плотность в прочность [1-3]. Для экспериментов использовали молотый Ртищевский песок с тремя удельными поверхностями 1420, 3200 и 7300 см²/г. Все остальные компоненты были одни и те же и вводились в равных количествах. В табл. 1, 2, 3 представлены результаты исследований. Как следует из таблиц, прочностные показатели оказались примерно одинаковы.

Таблица 1

ПБ-56 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона

Наименование компонентов	На 1 м^3, кг	Объем на 1 м^3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3	Прочность МПа, через, сут.
					1	7	28
ЦДС Цемент Красноярский ПЦ 500 Д0, с 0,9% Melflux 2651F	810	261,3	0,29	2282	Rи 6,9	Rи 11,6	Rи 12,5
			0,11		Rс 50,1	Rс 94,4	Rс 115
Песок Ртищевский молотый (ПМ), Sуд = 3200см^2/г	609	230	РК Хагерманна 280×300 мм		= 7,04 кг/МПа;
Песок Ртищевский (ПТ), фр. 0,16÷0,63 мм	649	245
ΣМсух. Вода	2068 235	736,3 235
Мб.с.	2303	971,3

Но в составе ПБ-57 (табл. 2) существенно снизился расплыв смеси из конуса Хагерманна, уменьшилась плотность бетона до 2257 кг/м³ за счет повышенного содержания воздуха (до 3,8%). В составе с низкой удельной поверхностью песка Sуд = 1420 см²/г, напротив, увеличилась растекаемость за счет снижения дисперсности и было отмечено водоотделение смеси.

Таблица 2

ПБ-57 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона

Наименование компонентов	На 1 м^3, кг	Объем на 1 м^3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3	Прочность МПа, через, сут.
					1	7	28
ЦДС Цемент Красноярский ПЦ 500 Д0, с 0,9% Melflux 2651F	812,4	262	0,29	2257	Rи 8,0	Rи 12,0	Rи 13,0
			0,11		Rс 41,6	Rс 86,8	Rс 114
Песок Сурский молотый (ПМ), Sуд = 7300см^2/г	611	230,5	РК Хагерманна 140×148 мм		= 7,12 кг/МПа;
Песок Ртищевский (ПТ), фр. 0,16÷0,63 мм	652,3	246
ΣМсух. Вода	2075,7 235	738,5 235
Мб.с.	2311	973,5

Таблица 3

ПБ-58 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона

Наименование компонентов	На 1 м^3, кг	Объем на 1 м^3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3	Прочность МПа, через, сут.
					1	7	28
ЦДС Цемент Красноярский ПЦ 500 Д0, с 0,9% Melflux 2651F	829	267,4	0,29	2313	Rи 7,4	Rи 9,5	Rи 12,4
			0,11		Rс 64	Rс 94,8	Rс 116
Песок Ртищевский молотый (ПМ), Sуд = 1420см^2/г	622	235	РК Хагерманна 327×349 мм Склонность к расслоению и отделению воды		= 7,15 кг/МПа;
Песок Ртищевский (ПТ), фр. 0,16÷0,63 мм	663	250,2
ΣМсух. Вода	2114 240	752,6 240
Мб.с.	2354	992,6

Таблица 4

РПБ-102 Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства реакционно-порошкового бетона

Наименование компонентов	На 1 м^3, кг	Объем на 1 м^3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3	Прочность МПа, через, сут.
					1	7	28
ЦДС Цемент Сибирский М 500 Д0, с 0,9% Melflux 2651F	714,3	230,4	0,29	2280	Rи 6,1	Rи 8,9	Rи 14,3
			0,1		Rс 28	Rс 94,0	Rс 128
Песок мытый молотый Дзержинский (ПМ), Sуд = 3100см^2/г	320	120,8	РК Хагерманна 295×300 мм		= 5,58 кг/МПа;
Песок (мытый) тонкозернистый Дзержинский (ПТ), фр. 0,0÷0,63 мм	1043	394
МК Новокузнецкий 9,4% от Ц	67	29,1
ΣМсух. Вода	2144,3 214	774,3 214
Мб.с.	2358,3	988,3

Таким образом, оптимальная дисперсность кварцевого наполнителя должна находится в пределах 3000-4000 см²/г, что подтверждено в других составах бетонов.

Существенное значение на свойства РПБ оказывает качество песка – содержание SiO₂ и глинистых примесей. Для выявления влияния глинистых примесей использовали Красноярский кварцевый песок Дзержинского карьера с содержанием SiO₂ = 95,2%. Особенностью месторождения этого песка является наличие чистого каолина в количестве 4,1%. Песок имел матовый охристый цвет. Использовали фракцию песка 0-0,63 мм. Молотый песок был получен помолом исходного песка до удельной поверхности 3100 см²/г. Несмотря на то, что в состав бетона была введена реакционно-порошковая добавка – активный микрокремнезем, прочностные показатели увеличились незначительно (всего лишь на 12-14 МПа). Это свидетельствует о том, что переход на реакционно-порошковые бетоны с использованием дорогостоящего микрокремнезема в количестве 10% не существенно повышает прочность бетона, но значительно увеличивает его стоимость (табл. 4).

При использовании Джержинского кварцего песка, не отмытого от каолина, было установлено, что присутствие каолина приводит к полной потери текучести.

Бетонная смесь характеризуется глиноподобной пластичностью и, практически, не растекается при 30 ударах на встряхивающем столике. Прочность бетона уменьшилась за счет сильного воздухововлечения (до 6%), прочность была очень низкой (75,6 МПа). Состав на отмытом тонком и молотом песке (табл. 4) обладал высокой текучестью и имел прочность на сжатие в 1,7 раза выше, на растяжение при изгибе – в 1,36 раза. Удельный расход цемента понизился в 1,7 раза. Таким образом, для получения высококачественных бетонов нового поколения необходимы чистые кварцевые пески, не содержащие глинистые примеси.

Литература:

1. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения//Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82.

2. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов//Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102.

3. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей//Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53. 2012. № 8 (34). С. 47-53.