Цементные бетоны, полученные с использованием

синтетических минеральных добавок

УДК: 691-492; 691.32:

ЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СИНТЕТИЧЕСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК

1, 2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени » (СГТУ)1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени » (СГТУ)2

Аннотация. Рост требований к качеству дорожного строительства обуславливает необходимость использования цемнтных бетонов с повышенными эксплуатационными характеристиками, в частности, прочностью. Повышение прочности бетонов может быть достигнуто, в том числе, применением минеральных добавок различной пуццолановой активности. В статье рассматривается возможность применения в качестве минеральной добавки продукта механо-химического синтеза дисперсий из модифицированных опочно-цементных смесей.

Ключевые слова: цементные бетоны, минеральные добавки, микрокремнезем, синтетические силикаты

THE CEMENT CONCRETE OBTAINED BY USING

SYNTHETIC MINERAL SUPPLEMENTS

Shoshin E. A.1, Polyakov A. Vl.2

The Federal State Educational Institutional of Higher Education Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (SSTU)1

The Federal State Educational Institutional of Higher Education Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (SSTU)2

Resume. The growth of the quality requirements of road construction necessitates the use of cementnyj of concrete with high performance. The increase of the concrete strength can be achieved by the use of mineral additives of various pozzolanic activity. The article discusses the possibility of using as mineral supplements product mechano-chemical synthesis of dispersions of modified silica-cement mixtures.

Keywords: cement concrete, mineral admixtures, micro silica, synthetic silicates

Возрастающие требования к надежности и долговечности транспортных сооружений вынуждают все шире использовать в транспортном строительстве высокопрочные бетоны (ВПБ) [1]. Получение ВПБ предполагает применение не только высокоэффективных разжижителей (например, поликарбоксилатного ряда), но и минеральных дисперсий с высокой удельной поверхностью [2.3], функция которых заключается не только в связывании гидролитической Са(ОН)2 (как, например, в случае применения микрокремнезема), но и повышении эффективности пластификаторов, за счет чего достигается существенное снижение В/Ц без потери подвижности смесей [4,5]. Однако таким дисперсиям предъявляются достаточно жесткие требования по гранулометрии: диаметр частиц таких дисперсий не должен превышать 1 мкм – получение таких дисперсий методом помола достаточно дорого. В связи с этим особую популярность у производителей ВПБ приобрел микрокремнезем – отход производства ферросплавов, чья удельная поверхность характеризуется величинами 20 000-50 000 см2/г. Однако неравномерность расположения по территории РФ предприятий, образующих эти отходы, обостряет вопросы логистики и связанных с нею расходов. Таким образом, возникает необходимость в развитии технологий получения минеральных дисперсий, содержащих частицы субмикронного диаметра, при этом, по мере развития технологии получения ВПБ, эта потребность будет только обостряться.

При изучении гидросиликатов цемента, модифицированных дисахаридами, была обнаружена возможность получения минеральных дисперсий на основе силикатов кальция с широким диапазоном размеров частиц, включающий нанодиапазон [6,7]. Состав частиц полностью определяется составом сырьевой массы, подвергаемой механо-химической обработке в водной среде с последующей сушкой получаемой суспензии. Например, при совместной обработке портландцемента ЦЕМ II /В-Ш32,5Н ООО "Холсим (Рус)" с различным количеством опоки (34% и 50%) образуются силикат-кальциевые высокодисперсные порошки (СКД) различного состава и пуццолановой активности (табл.1,2)

Таблица 1

Оксидный состав минеральных добавок СКД, полученных на смешанных системах цемент/опока

Содержание опоки в смеси цемент/опока	Оксидный состав дисперсии
Na2O	K2O	CaO	MgO	SO2	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CO2
34 %	0,26	0,85	33,37	2,01	2,03	41,28	9,46	5,11	5,63
50%	0,30	0,82	25,23	1,67	1,06	56,30	6,73	3,58	4,31

Таблица 2

Показатели удельной поверхности и пуццолановой активности (по ТУ 21-31-62-89)
минеральных добавок СКД полученных на смешанных системах цемент/опока

Содержание опоки в смеси цемент/опока, %	Удельная поверхность*, см2/г	Средний диаметр частиц, мкм	Активность, мг/г
0	20934	0,95	0
34	16432	1,20	17,8
50	15927	1,25	46,2

* - измерения удельной поверхности произведено на приборе ПСХ-12 методом Козени-Кармана по воздухопроницаемости и пористости уплотненного слоя порошка при атмосферном давлении

Применение синтезированных дисперсий позволяет увеличить эффект, достигаемый от введения пластифицирующих добавок (рис. 1)

Рис. 1. Изменение диаметра расплыва стандартного конуса пластифицированного (С-3=0,7%) цементного раствора (цемент/песок=1/3; В/Ц=0,42, ГОСТ 310.4-81) в присутствие добавки СКД.

Для оценки эффективности минеральной добавки СКД в качестве компонента органо-минеральных добавок для цементных бетонов было проведено исследование совместимости добавки СКД с микрокремнеземом (МК) в качестве пуццолановой компоненты.

С этой целью был разработан ряд составов пластифицирующих органо-минеральных композиций, в состав которых входили в разных соотношениях микрокремнезем и СКД при содержании суперпластификатора С-3= 0,7%. Органо-минеральные добавки вводились в состав рядового цементного бетона класса В 25 с последующим определением физико-механических свойств (рис. 2). Подбор состава рядового тяжелого бетона осуществлялся с использованием стандартных методик [8-11] с последующей корректировкой при экспериментальных лабораторных замесах. В качестве основного вяжущего использовался ПЦ500-Д0-Н ООО "Холсим (Рус)". В качестве крупного заполнителя использовался наиболее распространенный в Саратовском регионе карбонатный щебень М800.

Рис. 2. Зависимость прочностных свойств модифицированных бетонов от соотношения МК/СКД в составе минеральной модифицирующей композиции. Содержание минеральной модифицирующей композиции 15%. Содержание С-3 0,7%. Уровень прочности контрольного немодифицированного состава составил 36,4 МПа.

Эксперимент показал, что существенная часть микрокремнезема может быть заменена минеральной добавкой СКД без снижения прочности образцов бетона, при этом наблюдается синергетический эффект действия добавок микрокремнезема и СКД, позволяющий достичь почти 60% прироста прочности образцов бетона.

Таким образом, синтезированная силикат-кальциевая минеральная добавка на основе портландцемента и опоки является перспективными добавками для создания бетонов повышенной прочности на основе традиционных составов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  , , Боровских цементные бетоны для дорожного строительства // Строительные материалы. 2009. № 11. С. 15-17.

2.  Калашников высокопрочные дисперсно-армированные бетоны нового поколения // Популярное бетоноведение. 2008. № 6. С. 5.

3.  Калашников науки о бетоне нового поколения // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103-106.

4.  , , Тростянский водной суспензии высокодисперсного биокремнезема для использования в производстве растворов и бетонов // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб. ст. междун. науч.-технич. конф. Пенза: ПДЗ, 2013. С. 21-24.

5.  , , Чудновский бетоны с минеральными наполнителями. – Киев. Будивэльник, 1991. – 136 с.

6.  , , О возможности синтеза наносиликатов кальция методом термолиза модифицированных смесей опока-СаО, подвергнутых совместному измельчению в присутствие воды // Вестник БГТУ им. Шухова.- 2016. №3.- С.152-158.

7.  , , Буров исследование продуктов термической дегидратации модифицированных цементных гидросиликатов // Вестник БГТУ им. Шухова. 2016. №1. С.18-25.

8.  Файнер оптимального проектирования бетона / // Бетон и железобетон. – 1992. – № 1. – С.15 – 16.

9.  Руководство по подбору составов тяжелого бетона НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1979. –103 с.

10.  Проектирование составов тяжелого бетона / – М.: Стройиздат, 1979. – 144 с.

11.  Оптимальное проектирование составов бетона / –Львов: «Вища школа», 1981. – 159 с.