Влияние УФ – активации наполнителей на прочностные характеристики цементобетона

Влияние УФ – активации наполнителей на прочностные характеристики цементобетона

ВЛИЯНИЕ УФ – АКТИВАЦИИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕМЕНТОБЕТОНА

, д-р техн. наук, проф.,

, аспирант

Белгородский государственный технологический

университет им.

На современном этапе развития строительства автомобильных дорог проблема повышения качества и долговечности цементного бетона может быть успешно решена путем создания новых технологий модифицированных бетонов. В этой связи научно-практический интерес представляют технологии, в которых применяются высокоэффективные технические приемы. К ним, помимо криотехнологии, использования гидрофобных цементов низкой водопотребности, разрядно-импульсных технологий, также относится применение дисперсных минеральных наполнителей в присутствии активаторов широкого спектра действий [1].

Взаимодействие наполнителей с вяжущим оказывает значительное влияние на основные физико-механические характеристики бетона. Для таких материалов необходимо знать природу и состояние его поверхности, которая играет определяющую роль в активации процессов гидратации неорганического вяжущего, а, следовательно, оказывает влияние на такие свойства бетона, как прочность, морозостойкость, долговечность и др. В то же время необходимо учитывать, что создание достаточно прочных адгезионных контактов в системе «цементное вяжущее – наполнитель» возможно лишь в том случае, если поверхностная энергия последнего значительно выше, чем связующего [2]. С целью усиления адгезии наполнителей к вяжущему и повышения их структурообразующей роли на основе анализа механизмов контактных взаимодействий в наполненных композиционных строительных материалах (КСМ) разработаны различные пути активации наполнителей.

Активацию адгезионной способности наполнителей за счет увеличения их свободной поверхностной энергии можно достичь воздействием электрического и магнитного полей, с помощью ионизирующих излучений [3]. Например, для повышения прочности бетона глинистые минералы и цеолит подвергают термообработке, в результате чего повышается их ионизующая способность, влияющая на увеличение гидравлической активности портландцемента [4].

На возможность электроимпульсной активации минеральных материалов указывают , и другие [5]. По результатам их исследований было установлено, что активация поверхности материала импульсным зарядом позволяет повысить адсорбционную активность заполнителя в 1,5 – 2,5 раза по сравнению в кварцем механического измельчения.

В работе [6] авторы проводили исследования по изучению влияния ультрафиолетового облучения на свойства поверхности кварцевого песка. Установлено, что увеличивается физико-химическая активность заполнителя и снижается его влагопоглощение, что благотворно влияет на процессы формирования цементопесчаного бетона.

В данной работе исследовалось влияние ультрафиолетового излучения на свойства наполнителей из скальных попутнодобываемых пород и техногенных отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии (КМА): кварцитопесчаника, отхода мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов (ММС) и сталеплавильного шлака Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК), как наиболее перспективных с точки зрения использования местных сырьевых материалов с целью расширения производственной базы цементобетонов. Для сравнения использовался кварцевый песок Нижнеольшанского месторождения, как традиционный материал для производства бетона.

Для проверки гипотезы относительно положительного влияния активации минеральных материалов техногенного происхождения на свойства цементобетона была изготовлена партия образцов-балочек размером 4х4х16 см, в которой в качестве заполнителя использовался отсев дробления кварцитопесчаника, а в качестве наполнителя, заменяющего часть цемента, исследуемые минеральные материалы, активированные ультрафиолетом при оптимальном времени обработки. Наполнитель брался в количестве 10, 15 и 20 % от массы цемента. Образцы пропаривались в пропарочной камере, после чего определялись пределы прочности при сжатии и на растяжение при изгибе. Результаты приведены в таблице 1.

Из полученных результатов видно, что прочность цементобетона растет с использованием добавок наполнителей из всех исследуемых материалов. Наибольшая прочность при сжатии наблюдается при использовании наполнителей в количестве 10 % от массы цемента. Однако при увеличении процента содержания наполнителя в бетоне с 10 до 20 % прочность образцов снижается, хотя остается больше, чем у

Таблица 1 – Зависимость прочности цементобетона от вида наполнителя, активированного ультрафиолетовым излучением

Наполнитель	Добавка наполнителя в количестве от массы цемента
10%	15%	20%
Неактивир. наполнитель	Активир. наполнитель	Неактивир. наполнитель	Активир. наполнитель	Неактивир. наполнитель	Активир. наполнитель
предел прочности	предел прочности	предел прочности
Rизг	Rсж	Rизг	Rсж	Rизг	Rсж	Rизг	Rсж	Rизг	Rсж	Rизг	Rсж
Кварцито-песчаник	6,64 8,12	39,10 11,28	7,34 19,24	44,68 27,16	6,43 3,01	36,11 3,42	6,81 9,06	39,52 13,18	5,78 -8,26	32,51 -7,29	6,41 1,67	36,38 3,78
Отход ММС	6,63 7,65	39,36 12,01	7,23 17,38	44,58 26,85	6,39 2,37	35,92 2,86	6,77 8,45	39,33 12,64	5,64 -10,05	31,78 -9,14	6,40 1,54	35,89 2,36
Кварцевый песок	6,42 4,13	37,83 7,65	6,97 13,17	41,79 18,94	5,97 -4,29	33,06 -5,34	6,57 5,28	37,55 7,53	5,44 -13,51	29,94 -14,60	6,32 0,24	35,46 1,15
Шлак ОЭМК	6,41 4,09	37,52 6,78	6,92 11,14	40,81 16,12	5,85 -6,23	32,52 -6,87	6,54 4,87	37,08 6,18	5,02 -20,36	28,67 -18,23	6,29 -0,12	34,82 -0,68
Без добавки наполнителя	6,16	35,14	6,16	35,14	6,24	34,92	6,24	34,92	6,30	35,06	6,30	35,06

Примечание: числитель – прочность, МПа; знаменатель – прирост прочности относительно образцов без наполнителя, %.

контрольных образцов. Следует отметить, что максимальный прирост прочности бетона на растяжение при изгибе составляет 19,24 % (наполнитель – кварцитопесчаник) и 17,38 % (наполнитель – отход мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов), в то время как прирост прочности при сжатии – 27,16 и 26,85 % соответственно.

Таким образом, можно заключить, что рациональное содержание активированных ультрафиолетовым излучением наполнителей из всех исследуемых материалов в бетоне составляет 20 %. В случае, если наполнители не активировать, максимальный процент их содержания в смеси с учетом замены части цемента составляет 15 % – для кварцитопесчаника и отхода ММС, а также 10 % – для кварцевого песка и шлака ОЭМК. Введение таких добавок позволит снизить стоимость конечной продукции без потери качества.

Список литературы

1.  , Плотников композиций в роторно-пульсационных аппаратах. – Брянск: БГИТА. – 2001. – 336 с.

2.  , Выровой бетона как композиционного материала // Повышение долговечности бетона. Межвузовский сборник научных трудов. Московский институт инженеров железнодорожного транспорта. – 1986. - № 784. – С. 47-54.

3.  , , Чудновский активации наполнителей композиционных строительных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 1987. - № 1. – С. 61-63.

4.  Ионизующая способность поверхности активаторов твердения цемента / , , - Деп. в ОНИИТЭхим, г. Черкассы. - 30.12.82. - №1418 ХП-82. – 12 с.

5.  , , Котенко свойств искусственных строительных конгломератов путём электроимпульсной активации компонентов // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 1988. - № 8. – С. 56-59.

6.  , , Завражина УФ - облучения на физико-химическую активность кварцевого песка и процессы формирования цементопесчаного бетона // Коллоидный журнал. – 1989. – Т.51. – №3. – С. 445-450.