Реотехнологические свойства бетонных смесей нового поколения

Белякова Е.А., Елистратова А.П.

Реакционно-порошковые и порошковые бетоны (РПБ и ПБ) по существу являются суспензионными, содержащими в своем составе дисперсные частицы цемента, тонкомолотого порошкового минерального компонента и тонкозернистого песка фр. 0,16-0,63 мм. Объемное содержание дисперсной составляющей в них самое высокое (60% и более) по сравнению с порошково-активированными песчаными и щебеночными бетонами. Объемная концентрация дисперсной суспензии в реакционно-порошковой смеси является условной, потому что при расчете концентрация принимается вся вода, без учета смачивания ею тонких частиц песка. Если изготовить порошковую дисперсную суспензию со всем количеством воды для порошково-активированного бетона и поместить в них только зернистый песок, то он будет располагаться в общей суспензии дискретно с прослойкой водно-дисперсной суспензии между частицами тонкого песка.

С целью выявления возможности замены в порошково-активированных суспензионных бетонах дорогостоящих пылевидного кварца и микрокремнезема (4-5 тыс. руб./т) отходами от дробления горных пород были изготовлены составы с соотношением компонентов Ц:КМ:П_Т:ПД (ПЦ – пуццоланическая добавка) равным 1:0,5:1,5:0,1 что соответствует оптимальному соотношению компонентов. В качестве тонкодисперсного минерального компонента (каменная мука) в таких суспензиях были использованы широко распространенные тонкомолотые горные породы, такие как гранит, доломит, высококальциевый известняк, базальт, диабаз, а также каменные породы Пензенской области – песчаники Коржевского и Саловского карьеров и доломитизированный известняк Иссинского карьера. Удельная поверхность всех тонкодисперсных компонентов составляла S_уд=5-9,5 тыс. см²/г. В качестве альтернативы микрокремнезема использовался биокремнезем (обожженный диатомит) с S_уд=22 тыс. см²/г производства группы компании «Diamix» г. Инза, Ульяновская область.

Приготовление бетонных смесей с использованием каменной муки было осуществлено следующим образом. На первом этапе приготавливалась однородная тонкодисперсная суспензия с ГП Melflux 5581F в количестве 0,8 % от массы цемента при помощи высокоскоростного миксера. На втором этапе в суспензию вмешивался тонкий песок фр. 0,16-0,63 мм. Количество воды подбиралось таким образом, чтобы получить относительную степень растекания смеси равную Г=8-11, которой соответствовал расплыв конуса Хегерманна 30-34 см.

Для сравнения была изготовлена бетонная смесь с использованием пылевидного кварца и Липецкого микрокремнезема на белом цементе CEM 52,5R (Дания) и ГП Melflux 5581F (РПБ- 63). Расплыв конуса Хегерманна у контрольной суспензии составил 30 см (Г=8) при В/Т=0,123; объемное содержание водно-дисперсной фазы – =62%; плотность – 2296 г/м³.

В качестве представителей карбонатных пород были выбраны доломит (Воронеж), кальцит (высококальциевый известняк месторождения Медвежья Гора, г. Тольятти) и доломитизированный известняк (Иссинский карьер, Пензенская область). Пензенская область обладает значительными запасами песчаников, известняков и диатомитов. Их карбонатных горных пород имеется месторождение доломитизированных известняков (с. Исса, Пензенской области). Известняки Иссинского месторождения по глубине залегания обладают большой неоднородностью, что подтверждается тем, что их дробимость колеблется от Д300 до Д800. Поэтому отбор более плотного доломитизированного известняка с водопоглощением до 2% показал хорошие результаты, в отличие от исследования рыхлого доломитизированного известняка (водопоглощение 14-16%). Отобранный высокопрочный доломитизированный известняк имел, в отличие от доломита и кальцита, более высокую открытую пористость 1,5-2,0% (доломит – 0,5-1,0%, кальцит – 0,7-0,8%). Однако, суспензия, приготовленная на его основе обладала относительной степенью растекания Г=8,0 (расплыв конуса Хегерманна 30 см) при В/Т=0,116 (РПБ-2). Тогда как у суспензии с кальцитом расплыв конуса Хегерманна составил 32 см при В/Т=0,123 (РПБ-64).

Наилучшей реологической активностью обладал доломит. Так при В/Т=0,117 (РПБ-7) относительная степень растекания Г составила 10,56 (расплыв конуса Хегерманна 34 см), при В/Т=0,106 – Г=9,9 (расплыв конуса Хегерманна 33 см) (РПБ-19) и при В/Т=0,099 – Г=8 (расплыв конуса Хегерманна 30 см) (РПБ-23). Суспензии, полученные с использованием магматических горных пород (РПБ-80 и РПБ-66) – гранит и диабаз имели относительную степень растекания Г=9,24 и Г=8,61 (расплыв конуса Хегерманна 32 и 31 см) при В/Т 0,115 и 0,123 соответственно.

Таблица 1

Реотехнологические показатели реакционно-порошковых суспензионных бетонных смесей
и прочностные показатели бетонов нового поколения

№ п/п	Обозначение состава	Вид цемента, расход на 1 м^3, кг	Вид каменной муки				В/Т	В/Ц		, см		Г			ρвл., кг/м^3	, МПа	, кг/МПа
1.	РПБ-2	ЦД, 655	Известняк (Исса)	0,5	1,5	0,1; МК	0,116	0,361	1,629	30		8,0	61,7		2302	110,5	5,93
2.	РПБ-7	ЦД, 670	Доломит (Воронеж)	0,5	1,5	0,1; МК	0,117	0,363	1,636	34		10,6	61,8		2335	105,4	6,36
3.	РПБ-19	ЦД, 680	Доломит (Воронеж)	0,5	1,5	0,1; МК	0,106	0,328	1,516	33,5		10,2	60,1		2324	110,5	6,15
4.	РПБ-23	ЦД, 683	Доломит (Воронеж)	0,5	1,5	0,1; МК	0,099	0,308	1,481	29		7,4	59,4		2328	113,1	6,04
5.	РПБ-51	ЦД, 681	Пылевидный кварц	0,5	1,5	0,1; БК	0,124	0,386	1,659	35,5		11,6	62,1		2333	103,7	6,57
6.	РПБ-53	ЦД, 681	Пылевидный кварц	0,5	1,5	0,1; БК	0,124	0,386	1,659	35,5		11,6	62,1		2289	113,9	5,98
7.	РПБ-63	ЦД, 664	Пылевидный кварц	0,5	1,5	0,1; МК	0,123	0,383	1,654		30	8,0		62,0	2296	113,9	5,83
8.	РПБ-64	ЦД, 669	Известняк (Тольятти)	0,5	1,5	0,1; МК	0,123	0,383	1,66		32	9,2		62,1	2318	115,6	5,79
9.	РПБ-66	ЦД, 660	Диабаз	0,5	1,5	0,1; МК	0,123	0,383	1,625		31	8,6		61,6	2305	107,1	6,16
10.	РПБ-73	ЦЩ, 664	Пылевидный кварц	0,5	1,5	0,1; БК	0,128	0,397	1,678		32	9,2		62,4	2253	105,4	6,30
11.	РПБ-80	ЦЩ, 690	Гранит	0,5	1,5	0,1; МК	0,115	0,347	1,522		32	9,2		60,0	2302	108,8	6,34

Примечание:

ЦД – цемент белый CEM I 52,5 (Дания);

ЦЩ – цемент белый ПЦ500 Д0 ОАО «Щуровский цемент»;

ЦК – цемент ПЦ500 Д0 (г. Красноярск);

МК – микрокремнезем марки МК-85;

БК – биокремнезем (термоактивированный диатомит) ГК «DIAMIX».

Незначительное увеличение реотехнологических показателей обусловлено зернистой структурой данных пород, на частицах которой образуются как положительно, так и отрицательно заряженные участки.

С целью замены активной пуццолановой добавки микрокремнезема в бетонах нового поколения были проведены исследования реотехнологических свойств реакционно-активированных бетонных смесей с 10% биокремнезема (термоактивированный диатомит) от массы цемента. При проведении исследований биокремнезем вводился в двух физических состояниях: в сухом состоянии и в виде суспензии. В первом случае сухой биокремнезем однородно смешивался с тонкодисперсными компонентами (цемент и пылевидный кварц) после чего приготавливалась минеральная суспензия. Во втором случае биокремнезем вводился в виде водной суспензии, стабилизированной цементом от расслоения и выдержанной в течение нескольких суток. При использовании суспензированного биокремнезема процедура приготовления бетонной смеси несколько изменяется: в водную суспензию биокремнезема для обеспечения заданного В/Т вводилась дополнительная вода и гиперпластификатор. После этого при перемешивании миксером на большой скорости постепенно добавлялась смесь цемента и минеральной добавки (в данном случае пылевидный кварц). В однородную водно-дисперсную суспензию добавлялся тонкий песок при меньшей скорости вращения миксера. Было установлено, что реологическая активность СП в водно-дисперсно-тонкозернистой суспензии не зависит от способа введения биокремнезема. Расплыв конуса Хегерманна в первом и во втором случае составил 35 см РПБ-51 и РПБ-53) при В/Т=0,124. Таким образом, использование биокремнезема повышает реотехнологические показатели в сравнении с микрокремнеземом: показатель Г увеличился с 8 до 11,25.

При замене импортного белого цемента марки СЕМ I 52,5 (Дания) на отечественный, производства Щуровского цементного завода, аналогичной марки (РПБ-73) произошло снижение реотехнологического показателя (расплыв конуса Хегерманна – 32 см) при В/Т=0,128.

Таким образом, представленные выше суспензионные порошковые бетонные смеси являются реологической матрицей для порошково-активированных песчаных бетонов нового поколения.