КРИТЕРИИ ПРИГОДНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ БЕТОНАХ

Россия, Пенза, ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

В последнее десятилетие в научных публикациях уделяется большое внимание так называемым «бетонам нового поколения». Под этим термином следует понимать порошково-активированные бетоны с низким удельным расходом цемента на единицу прочности при сжатии не более 4-6 кг/МПа, высокой плотностью и малой капиллярной пористостью, благодаря новому структурно-топологическому строению. Данное утверждение справедливо как для бетонов низких классов прочности В15-В40, так и высоких – В100-В160. Под последними понимают высокофункциональные бетоны – High Performance Concrete (HPC).

Известно, что малоактивные минеральные добавки высокой дисперсности (каменная мука) возможно применять в количестве до 50% от массы цемента. Основной целью применения каменной муки в составе модифицированных бетонов является повышение реологической активности пластификаторов и суперпластификаторов и повышение плотности и прочности бетона, вследствие снижения водосодержания смесей и уплотнения структуры бетона. При использовании рядовых портландцементов ПЦ 400, тонкодисперсных минеральных наполнителей, суперпластификаторов и активаторов твердения возможно повышение прочности бетона в 1,5–2 раза по сравнению с бетонами без каменной муки.

В статье [1] показана возможность расширения сырьевой базы строительных материалов за счет комплексного использования природных ресурсов. Установлено, что в качестве сырья для получения композиционных вяжущих необходимо использовать определенные горные породы: магматического происхождения – эффузивные стекловатной структуры; метаморфического – кварцсодержащие породы; осадочного – силициты.

Их уникальные свойства [2-6]: высокая прочность и коррозионная стойкость, водонепроницаемость и морозостойкость, регулируемая деформативность – позволили реализовать широкомасштабные строительные проекты во многих странах мира: градирня в Нидераусеме - крупнейшая в мире градирня с естественной тягой высотой 200 м и диаметром основания 145 м (самоуплотняющийся кислотостойкий бетон с прочностью при сжатии 92 МПа); небоскребы нефтяного концерна Петронас в Малайзии (Куала-Лумпуре) – 88-этажные небоскрёбы, высотой 451,9 м; 1995 г. в Норвегии – строительство платформы для добычи нефти на месторождении Тролл в Северном море из бетона с R_сж=140 МПа; Kai Center, Bürogebäude (1996 г.), Дюссельдорф (Германия); мост Акаши Кайкё (открыт в 1998 г.) через пролив между островами Хонсю и Сикоку в Японии (мост имеет три пролета: центральный, длиной 1991 м и два по 960 м); строительство прибрежной линии Швеции с запада на восток в южной части Стокгольма протяженностью 16,6 км; Бурдж Дубай – «Дубайская башня» – небоскрёб высотой 828 м в Дубае – самое высокое сооружение в мире и т.д. Кроме того, они совмещают в себе простоту и доступность технологии приготовления бетонной смеси, низкую энергоемкость, особенно, если при ее изготовлении используются местные сырьевые материалы и отходы промышленности.

Считаем, что важнейшим признаком пригодности горных пород для использования в качестве дисперсного наполнителя в порошковых и порошково-активированных бетонах нового поколения является показатель водопоглощения горной породы, из которой они изготовлены. Нами предлагается метод тестирования пористых пород по водопоглощению.

Навеска щебня высушивается до постоянного веса при температуре 105-110°С. 100 г абсолютно сухого щебня погружается в воду.

При исследовании водопоглощения щебень через 3 часа вынимается из емкости с водой и укладывается на сухую материю. Каждое зерно отдельно протирается и навеска взвешивается на электронных весах с точностью до 0,1 г. После взвешивания зерна снова погружаются в воду. Процедуру повторяют через 1, 3 суток.

Проведенными исследованиями установлено, что наибольшее водопоглощение отмечается у некоторых пористых горных пород осадочного происхождения, например, диатомита – более 120%, меньшее – у известняков и песчаников и напротив – самыми плотными породами с наименьшим водопоглощением являются породы вулканического происхождения – базальт, гранит, диабаз (табл. 1).

Водопоглощение зависит от вида пористости материала и непосредственно связано с капиллярно-пористой структурой его. Замкнутые, сферические поры не заполняются водой при обычных испытаниях на водопоглощение. Например, ячеисто-пористые ноздреватые базальты с средней плотностью в куске, равной 2000-2500 кг/м³ не насыщаются водой, хотя имеют пористость 15-35%. Щебень из них имеет малую дробимость по сравнению с плотными базальтами и при пористости 30-35% позволяют получать облегченные бетоны. Для таких базальтов их высокая пористость не является препятствием для использования их в виде каменной муки в качестве дисперсного наполнителя.

Таблица 1

Водопоглощение горных пород

Порода	Водопоглощение, %	Порода	Водопоглощение, %
Известняк г. Инза, Ульяновская обл.	8-16	Песчаник Никольский	7-12
Известняк Медвежья Гора, г. Тольятти	0,7-0,8	Диатомит природный Никольский	60
Доломит г. Воронеж	0,5-1	Гранит	0,09-0,15
Мрамор	0,5-0,6	Базальт Кемеровский	0,11
Песчаник Саловский	1,35	Диабаз Кемеровский	0,1

По технологии производства порошково-активированных бетонов нового поколения с супер- и гиперпластификаторами, реологически- и реакционно-активными добавками изготавливаются многокомпонентные бетонные смеси (7-8 компонентные) по сравнению с традиционными (5 компонентными). Новые технологии по производству рядовых малоцементных бетонов позволяют снизить расход портландцемент в 2 и более раз. В качестве добавок для таких бетонов, как показано ранее, целесообразно использовать отходы камнедробления, которые в больших количествах образуются на карьерах по добыче и переработке щебня. Результаты испытаний подтвердили предположение о возможности использования в качестве тонкомолотых минеральных добавок горные породы различного происхождения.

В связи с необходимостью расширения сырьевой базы минеральных дисперсных наполнителей, в том числе из отсевов камнедробления карьеров, считаем целесообразным проведение дальнейших исследований минеральных наполнителей вулканического осадочного и метаморфического происхождения, т.к. плотные горные породы: известняк, мрамор, гранит, диабаз и плотные песчаники являются хорошими реологически-активными дисперсными наполнителями и имеют реологический эффект в суспензиях не менее 2.

Литература

1. Лесовик В.С., Агеева М.С., Алфимова Н.И. Бетоны на композиционных вяжущих // Бетон и железобетон. – 2012. – №2(7). – С. 99-101.

2. Мировая премьера в Фёлькермаркте (Австрия) – арочный разводной мост из высокотехнологичного фибробетона // Международное бетонное производство. – 2011. – №1. – С. 132-134.

3. Фаликман В.Р. Новые эффективные высокофункциональные бетоны / В.Р. Фаликман // Бетон и железобетон. – 2011. С. 78-84.

4. Эмбили П.С., Бхараткумар Б.Х., Айер Н.Р. Геополимерный бетон для использования в сборном железобетонном строительстве // CPi. Международное бетонное производство. – 2013. – №5. – С. 78-86.

5. Edward G., Nаwy P. Fundaments of High Performance Concrete. Sec. ed., Willy. 2001. – 302 р.

6. L. Nyholm Thrane, jurgen Schou, Koldborg, Thomas Juul Andersen, Реология СУБ для павильона нестандартной формы // CPI Международное бетонное производство. – 2011. – №2. – С. 44-50.