Реотехнологические характеристики порошковых бетонных смесей и порошковые бетоны на их основе (стр. 2 )

ПБ-124 c МК

Наименование компонентов	На 1 м3, кг	Объем на 1 м3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м3			Прочность МПа, через, сут.
1	3	7	28
Цемент белый Датский СЕМ 52,5, Sуд = 3730см2/г	711	229	0,473	2150	0,46	1,46	Rи 7,2	−	Rи 9,5	Rи 12,4
0,156	= 1,9 = 1,85	Rс 38	−	Rс 79,6	Rс 86
Микрокварц пылевидный (Красноярск) (ПМ), Sуд = 3998см2/г	332	125	РК Хагерманна 115×120 мм Г=0,37	= 8,27 кг/МПа; = 0,12 МПа/кг; = 57,34 кг/МПа; Rи / Rс = 0,144
Песок Дзержинский мытый (г. Красноярск) (ПТ), фр.0,0÷0,63 мм, с 10,3% МК Новокузнецк от цемента	1113	ПТ 1040	392
МК 73	32
ГП melflux 1641F 0,4% от цемента	2,8	2,8
ΣМсух. Вода	2158,8 335	780,8 335
Мб. с.	2493,8	1135,8

Таким образом, нельзя уменьшать расход гиперпластификаторов до минимума, заботясь о снижении его стоимости в бетонах. Работая на долях и половинных эффектах СП и ГП, нельзя получить высокопрочные самоуплотняющиеся реакционно-порошковые бетоны нового поколения. Тоже самое относится к порошково-активированным щебеночным и песчаным бетонам, т. к. супер - и гиперпластификаторы диспергируют и разжижают высокодисперсные суспензии, являющиеся реологическим матрицами бетонных смесей.

Оптимальные дозировки суперпластификаторов в бетонах никогда небыли ниже 0,5-0,6% от массы цемента. Появившиеся гиперпластификаторы второго и третьего поколения существенно улучшают реологические свойства по сравнению с СП на нафталиновой и меламиновой основе. Но для достижения высоких эффектов дозировка их в цементных системах остается на уровне 0,6-1,0% [96]. Лишь нетвердеющие суспензии молотых горных пород могут разжижаться, как установлено ранее (раздел 3.1), современными ГП при дозировках 0,1-0,2%. Возможно, при таких низким дозировках, будет достигнут высокий эффект в очень малоцементных композициях с содержанием цемента 5-10%.

Используемые в своем большинстве отечественные суперпластификаторы типа «Полипласт», «Суперпласт» и другие на нафталиновой основе, заметно ухудшились по качественным характеристикам, по сравнению с выпускаемым СП С-3. Они не могут обеспечить высоких водоредуцирующих эффектов в цементных суспензиях при тестировании цементов. Поэтому низкая реологическая активность их в цементах не позволяет достигнуть высокого водоредуцирующего действия при получении СУБ.

Наиболее высокие разжижающие эффекты на цементных, цементно-кремнеземистых и фиброцементно-кремнеземистых смесях достигаются при использовании зарубежных ГП «Melflux» и «Sika Visco». В таблицах 2-7 Приложения представлены составы цементных суспензий на двух видах цементов с использованием двух видов ГП, конденсированного микрокремнезема, белой сажи БС-50 и углеродной фибры. Из таблицы 2 Приложения видно, что введение ГП позволяет получить расплыв цементного теста 287 мм и текучесть Г=7,2, интенсивный набор ранней прочности и высокую прочность через 28 суток.

Цементное тесто нормальной густоты с В/Ц =0,26 при том же количестве цемента имело более высокий выход и пониженную плотность (2178 кг/м3). Прочностные показатели цементного камня были в 1,76 раза! ниже чем у цементного камня с ГП.

Цементный камень на белом цементе с 7% МК (табл.4 Приложения) имел прочность через 1 и 7 суток, соответственно 120 и 140 МПа. Текучесть его была пониженной, в связи с тем, что В/Ц=0,17 было очень низким.

При таком же В/Ц – отношении был изготовлен фиброцементный камень. В начальные сроки прочность на сжатие несколько уступала составу ЦДСА – 6, а прочность на растяжение при изгибе сохранялась. Но через 28 суток прочность при сжатии за счет фибры возросла на 11%, а на растяжение при изгибе – на 57%. Осталось не выясненным, почему возросла текучесть. Можно полагать, что ее увеличение было связано с более продолжительным перемешиванием фиброцементной смеси.

Было выявлено влияние особо чистых аморфных кремнеземов на текучесть суспензий и прочность цементного камня. Предварительный эксперимент с нанодисперсной БС-120 показал, что она в количестве 2% от массы цемента вызывает быстрое загустевание цементной суспензии. Поэтому использовали БС-50 с более низкой удельной поверхностью. Использование её в количестве 3% от массы цемента позволило при В/Т=0,16 получить более высокую текучесть суспензии, чем на цементе без неё. при этом прочность на сжатие возросла незначительно, а прочность на растяжение при изгибе повысилась на 30 %, по сравнению с составом ЦДС-6.

Замена ГП «Melflux» на «Sika Visco» с увеличением содержания БС до 5% позволило сохранить текучесть суспензии и увеличить прочность на растяжение при изгибе на 46%, по сравнению с сотавом ЦДСА -8 .

Таким образом, можно полагать, что использование белой сажи БС-50 и высокоэффективных ГП позволяет создать нанокремнеземистые технологии производства бетонов нового поколения при значительно меньших количествах нанодисперсных добавок, чем конденсированные микрокремнеземы от производства ферросилиция.

Суперпластификаторы старого поколения типа С-3 (Полипласт С-1) существенно ухудшают текучесть реакционно-порошковых смесей, требуют дополнительного введения воды, что значительно повышает прочность бетонов.

Как следует из табл. 8 (Приложение) реакционно-порошковая смесь с ГП «Sika Visco» при В/Ц=0,29 имела расплыв из конуса Хагерманна 270мм, а в бетоне была достигнута прочность при сжатии 126 МПа, а при растяжение при изгибе – 17,6 МПа. Плотность бетона составила 2340 кг/м3. Замена ГП на суперпластификатор С-3 потребовала добавления воды на 83 литра на 1м3 бетона. При этом смесь обладала текучестью и показала расплыв на встряхивающем столике 173-180 мм. Объем бетонной смеси за счет воздухововлечения увеличился по сравнению с теоретическим, что понизило плотность его до 2208 кг/м3. Прочность на сжатие через 28 суток снизилась на 32%, а на растяжение при изгибе – на 39%. Самое важное то, что бетонная смесь из самоуплотняющейся превратилась в малопластичную. Для доведения её до самоуплотняющейся равной по растекаемости со смесью ПБ-138 необходимо было ввести дополнительное количество воды. Это привело бы к дополнительному понижению прочности и к ещё большему возрастания водопоглощения и усадочных деформаций. Проведенный эксперимент использования С-3 в бетонах еще раз убедительно доказал, что СП С-3 не может быть использован для создания СУБ нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

3.4 Влияние содержания микрокремнезема на повышение

прочности реакционно-порошковых бетонов

Еще в период создания реакционно-порошковых бетонов в 1992-94 гг. Richard P. и Cheyrezy M. H. доказали [59], что для создания бетонов с высокой прочностью содержание МК должно составлять в литых бетонах 25-30% от массы цемента. При этом в порисованных бетонах с прочностью при сжатии до 400 МПа с длительным пропариванием при t=90оС. Позднее в 2004 году было показано, [89] что из смеси цемента и микрокремнезема в соотношении до 1:1, при добавлении 1000 кг очень мелкого песка менее 0,5 мм путем прессования, выдержки в воде в течение 8 суток, последующей выдержки в воде с t=90оС и сушке при t=270 оС были получены бетоны с прочностью 280-370 МПа. Литые бетоны в зависимости от содержания МК прочностью от 193 до 280 МПа. Естественно, что такие расходы МК, доходящие до 1000 кг/м3, а также жесткие тепловые режимы крайне не экономичны, и они пригодны лишь для науки с целью показать возможности реакционно-порошковых смесей при синтезе самых низкоосновных гидросиликатов. Реальные режимы пропаривания для литых РПБ – 85-95 оС [48].

В последние годы высказываются теоретические мнения относительно низкого ингибирующего действия арматуры в малощелочной среде бетонов, в который весь портландит связан в гидросиликаты кальция. В связи с этим предлагается вводить МК в количестве 10-15% от массы цемента. Следуя этому мнению в работе доля МК не превышала 20%. В целом ряде зарубежных работ для получения РПБ с прочностью 190-200 МПа рекомендуется вводить 25-30% МК.

Контрольный состав изготавливался из порошкового бетона без микрокремнезема (ПБ-7) на Подольском цементе М500 ДО, который предварительно смешивался с ГП Melflux в сухом виде в смесителе с последующей активацией в шаровой мельнице в течение 5 мин. Ранее было установлено, что такая обработка практически не увеличивает дисперсность (не более 20-40 см2/г), но повышает однородность.

Второй, третий и четвертый составы (ПБ-3, ПБ-4, ПБ-5) изготавливались, соответственно с 5, 10 и 15% МК от массы цемента. Процедура приготовления сухой цементно-микрокремнеземистой смеси с ГП, аналогичной контрольному составу: компоненты активировались в мельнице, в течение 5 мин.

Результаты исследований представлены в табл. 3.2. В составе ПБ-7 смесь была умеренно-текучей с показателем растекаемости Г=7. Порошковый бетон без МК на Подольском цементе обладает достаточно высокой прочностью на сжатие, но повышенной хрупкостью с невысоким условным коэффициентом трещиностойкости. Удельный расход цемента выше 5 кг/МПа.

Введение 5% МК мало увеличивает прочность как на сжатие, так и на изгиб. При одинаковых значениях В/Ц и В/Т, реотехнологических показателях плотность бетонной смеси практически не увеличилась, но содержание вовлеченного воздуха в бетоне с МК было 3,2%, в то время как в контрольном составе 2,5%.

Добавление в бетон 10% МК с некоторым понижением В/Ц (на 1,17%), при неизменном В/Т, сохраняет консистенцию контрольного состава, плотность бетона и повышает прочность на сжатие и растяжение при изгибе. Если сравнить прирост прочности по сравнению с первым составом, то она возрастает, соответственно, на 17 и на 10%.

Реакционно-порошковый бетон с 15% МК при неизменном реотехнологическом показателе по сравнению со вторым составом интенсивно набирал прочность во времени и существенно повысил прочность на растяжение при изгибе на 38%. Прочность на сжатие возросла незначительно. Возможно, прочностные показатели были бы и выше, но в бетонной смеси содержалось больше воздуха (3,9%) чем в других составах, а плотность бетона была наименьшей (2283 кг/м3). Поэтому повышение

Таблица 3.2

ПБ-7 без МК Составы, реотехнологические показатели бетонных смесей и физико-технические свойства бетонов

Наименование компонентов	На 1 м3, кг	Объем на 1 м3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м3				Прочность МПа, через, сут.
1	2	3	7	28
ЦДС Цемент Подольский ПЦ 500 Д0, с 1,0% Melflux 5581F, Sуд = 6272 см2/г	683	220,3	0,342	2327	0,5	1,61	2,11	Rизг 7,5	Rизг 8,0	–	Rизг 11,2	Rизг 12,0
0,11	= 1,4	Rсж 41,2	Rсж 57,6	Rсж 75,6	Rсж 103	Rсж 126
Микрокварц пылe- видный ЛГОК (ПМ), Sуд = 3998 см2/г	341,5	129	РК Хагерманна 280×285 мм	= 5,42 кг/МПа; = 0,184 МПа/кг = 56,9 кг/МПа = 0,095
Песок формовочный тонкозернистый ЛГОК (ПТ), фр. 0,16-0,63 мм	1102,4	416
ΣМсух. Вода	2127 234	765,3 234
Мб. с.	2361	999,3

Продолжение таблицы 3.2

ПБ-3 с 5% МК

Наименование компонентов	На 1 м3, кг	Объем на 1 м3, л	В/Ц В/Т	ρ, кг/м3				Прочность МПа, через, сут.
1	2	3	7	28
ЦДС Цемент Подольский ПЦ 500 Д0, с 1,0% Melflux 5581F, с МК Новокузнецким 5% от цемента, Sуд = 7050см2/г	728	Ц 693	223,5	0,343	2308	0,5	1,57	2,07	Rизг 8,4	Rизг 9,1	Rизг 9,6	Rизг 10,1	Rизг 11
МК 35	15,2	0,11	= 1,47	Rсж 58,8	Rсж 80	Rсж 85,2	Rсж 109	Rсж 124
Микрокварц пылевидный ЛГОК (ПМ), Sуд = 3998 см2/г	344,3	130	РК Хагерманна 265×270 мм
Песок формовочный тонкозернистый ЛГОК (ПТ), фр. 0,315-0,63 мм	1092	412	= 5,6 кг/МПа; = 0,18 МПа/кг = 63 кг/МПа = 0,088
ΣМсух. Вода	2164,3 238	780,7 238
Мб. с.	2402,3	1018,7

Продолжение таблицы 3.2