К.т.н. Астахова Н.В., Стеблевец С.А.

Криворожский национальный университет, Украина

Особенности свойств бетонов, полученных на цементе, модифицированном железистыми цеолитами

На современном этапе развития промышленное производство в Украине осуществляется в зданиях и сооружениях, срок эксплуатации которых составляет десятки лет. За это время конструкции этих зданий и сооружений, подвергавшиеся воздействию окружающей среды, требуют ремонта для восстановления эксплуатационных свойств.

Для выполнения ремонта строительных конструкций зданий и сооружений необходимо применение материалов, полностью отвечающих условиям их эксплуатации и обеспечивающим совместную работу под нагрузкой с ремонтируемыми конструкциями.

Необходимость выполнения значительных объемов ремонтных работ по продлению сроков эксплуатации промышленных зданий влечет за собой снижение выпуска продукции. Поэтому бетоны, используемые для ремонта строительных конструкций, должны обладать высокой скоростью формирования физико-механических свойств.

Кроме того, использование для производства бетонов портландцемента приводит не только к повышению стоимости бетона, но и к повышению его деформативности, а для обеспечения включения ремонтных элементов в работу усиляемых конструкций, бетоны этих элементов должны обладать низкой деформативностью, в первую очередь низкой усадочностью. Это объясняется тем, что повышенная усадка ремонтного бетона приводит к снижению прочности его контакта с материалом усиляемой конструкции вплоть до нарушения этого контакта. Повышенная же деформативность ремонтного бетона под действием внешней нагрузки не позволит перераспределить эти усилия межу усиляемой конструкцией и усиляющим бетоном.

Сокращение расхода портландцемента в бетонах возможно за счет частичной его замены различными наполнителями, в качестве которых возможно использование вторичных продуктов промышленности. Однако имеющиеся значительные запасы вторичных продуктов промышленности не нашли широкого применения в качестве заменителей цемента, так как их применение приводит, достаточно часто, к замедлению скорости формирования физико-механических свойств бетона и к снижению прочности получаемого цементного камня.

Таким образом, получение бетонов, способных быстро достигать требуемых физико-механических показателей, при сниженном расходе портландцемента является актуальной задачей.

Накопленный опыт научных исследований позволяет выделить два основных направления при решении проблемы снижения расхода цемента в технологии бетонов: первое - технологическое, за счет совершенствования технологии приготовления, подачи и уплотнения бетонной смеси, ускорения и оптимизации режимов твердения, активации цементов; второе – физико-химическое, за счет совершенствования структуры и состава цемента включением в его состав новых эффективных компонентов.

Методика получения активированного наполнителя и железистых цеолитов заключается в следующем: в качестве минеральных веществ, содержащих соединения железа, использовали железосодержащие горные породы Криворожского месторождения и отходы Криворожских ГОК. Из данных веществ путем их помола получали высокодисперсный порошок. Этот порошок смешивали с водным раствором силикатов натрия и подвергали термической обработке при температуре 98±2^оС в течение одного часа.

В результате на поверхности наполнителя и в жидкости, оставшейся после его обработки, образовались минералы цеолитовой группы на основе железа: рибекит, шабазит и канкринит.

Исследованиями установлено, что введение в состав портландцемента активированного железистого наполнителя и железистых цеолитов приводит к уменьшению усадки, как цементного теста, так и цементного камня.

Активированный железосодержащий наполнитель и железистые цеолиты обеспечивают повышение, как прочности раствора, так и бетона, при этом оптимальным является содержание активированного наполнителя в количестве 20% от массы цемента.

Необходимо отметить, что бетоны, модифицированные цеолитами, обладают прочностью незначительно превышающей прочность бетона на бездобавочном цементе. Для повышения прочности бетона было предложено использовать в качестве мелкого заполнителя обогащенные отходы ГОК (имеющие гранулометрический состав аналогичный крупному песку). Это позволило несколько повысить прочность бетона. Для еще большего увеличения прочности бетона была проведена активация обогащенных отходов ГОК по методике активации наполнителя. При этом установлено, что прочность бетона повышается достаточно значимо. Это можно объяснить, основываясь на известных исследованиях проф. Кривенко и Виноградова, тем, что прочность сцепления цементного камня с заполнителем обеспечивает до 60% прочности бетона. В нашем случае, в твердеющей системе, как поверхность наполнителя, так и поверхность мелкого заполнителя в процессе их активации оказываются покрытыми железистыми цеолитами. Следовательно, как в объеме вяжущего, содержащего железистые цеолиты, так и на поверхности наполнителя и заполнителя образуются аналогичные новообразования, а, согласно данным проф. Кузнецовой, это обеспечивает эпитаксальное сращивание продуктов гидратации цемента с поверхностью наполнителя и заполнителя, что и обеспечивает повышение прочности бетона.

Анализ результатов выполненных исследований показал, что данные бетоны обладают прочностью равной прочности бетонов на бездобавочном портландцементе при сниженном на 20…40% расходе портландцемента и увеличивается при уменьшении класса бетона при сжатии.

При этом, скорость формирования прочности бетона, модифицированного железистыми цеолитами, значительно превышает скорость формирования прочности бетона на бездобавочном портландцементе.

Таким образом, теоретически и экспериментально доказана возможность получения бетона, обладающего высокой скоростью формирования физико-механических свойств при пониженном содержании цемента за счет его модификации железистыми цеолитами, что приводит к сокращению сроков изготовления бетонных и железобетонных изделий и сокращает их стоимость.

Доказано, что активация железосодержащего наполнителя образованием на его поверхности железистых цеолитов, а также введение данных цеолитов в состав портландцемента приводит к модификации последнего за счет увеличения степени гидратации трехкальциевого силиката и образования минералов цеолитовой группы, что приводит к повышению активности цемента и скорости формирования прочности цементным камнем. При этом оптимальное соотношение между силикатами натрия и железосодержащими наполнителями, при их активации, составляет 0,25:1, оптимальное содержание активированного наполнителя составляет 20%, а оптимальное содержание железистых цеолитов составляет 0,5% от массы цемента.

Установлено, что активация железосодержащего заполнителя образованием на его поверхности железистых цеолитов за счет увеличения прочности его сцепления с цементным камнем приводит к повышению прочности бетона, либо снижению расхода цемента в бетоне при сохранении его прочности. При этом повышается скорость формирования физико-механических свойств бетона.

Установлено влияние технологических факторов активации железосодержащих наполнителя и заполнителя, а также приготовления бетона на свойства получаемого цемента и бетона, которое заключается в ускорении химических реакций на поверхности частиц наполнителя и заполнителя и обеспечении однородности бетона.

Литература

1. Астахова Н.В., Шишкин А.А. Свойства паст из активированных отходов ГОК // Зб. наук. ст. Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація. Вип. 5. – Кривий Ріг: КТУ,2002. – с. 244-248.

2. Шишкин А.А. Управление свойствами бетонов для усиления строительных конструкций // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково - технічний збірник, вип.59. кн. 1 "Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону", Київ, НДІБК, 2003, С. 419-424.