Тонкозернистый порошковый дисперсноармированный бетон (стр. 1 )

УДК 691.217:661.3

инженер

Мюнхенский технический университет. Институт строительных материалов и конструкции

д-р техн. наук, профессор

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

ТОНКОЗЕРНИСТЫЙ ПОРОШКОВЫЙ

ДИСПЕРСНОАРМИРОВАННЫЙ БЕТОН

Максимально высокое водоредуцирующее действие суперпластификаторов (СП) было обнаружено нами в высокодисперсных суспензиях из  Sуд = 600 - 3000 м2/кг, оксидов цинка, кадмия, железа, висмута, гидроксида и карбоната кальция в 90-х годах.

Возможность 5-15 кратного снижения расхода воды в дисперсиях при сохранении гравитационной растекаемости высококонцентрированных суспензий под действием собственного веса с предельным напряжением сдвига 5-15 Па.

Доказательство того, что пластифицированные литые композиционные вяжущие имеют более высокую плотность и прочность, как те же по составу непластифицированные прессованные при давлениях 20-100 МПа системы [1,2] ориентировали направленность работ материаловедов в сторону создания высокоплотных и высокопрочных строительных материалов, в том числе и бетонов из литых маловодных дисперсий. Этому могли способствовать и полученные отечественными учеными цементные и композиционные вяжущие низкой водопотребности. Однако высокий уровень научных работ отечественных ученых в области реологии пластифицированных дисперсных систем и создания новых видов вяжущих с предварительно нанесенным при помоле на поверхность минеральных частиц сухого СП не стал прорывом в области производства литых высокопрочных бетонов марок 1200-1400, тем более особовысокопрочных – марок 1800-2500.

Предложенные в Канаде и во Франции [3,4] новые порошковые дисперсноармированные бетоны без крупных заполнителей и песка крупностью более 0,3-0,5 мм, явилось результатом реализации трех революционных этапов в технологии бетонов. Это, прежде всего, использование гиперпластификаторов нового поколения, микрокремнеземов, дисперсных стальных волокон и каменной муки из высокопрочных горных пород. Полученные тонкозернистые бетоны с прочностью на сжатие 120-150 МПа, имея прочность на осевое растяжение 6-8 МПа, и растяжение при изгибе 12-16 МПа в нормативные сроки твердения могли быть превращены в особо высокопрочные бетоны с прочностью при сжатии 180-250 МПа. Это достигалось пропариванием их на промежуточной стадии формирования прочности через 4-5 суток нормального твердения. В условиях тепловой обработки микрокремнезем полностью реализовал свои пуццоланические свойства.

Используя отечественный опыт изготовления ВНВ с применением СП С-3, Российские портландцементы ПЦ М500 ДО производства «Вольскцемент» и «Осколцемент», обогащенный отсев Сурского песка фракции 0,14-0,63 мм, базальтовый порошок с Sуд = 350 м2/кг, микрокремнезем Челябинского электромелаллургического комбината, стальную фибру диаметром 0,15 мм. и длиной 6 мм., мы в лаборатории кафедры ТБКиВ изготовили порошковые бетоны с целью сравнения их свойств со свойствами бетонов, изготовленных в лаборатории института строительных материалов и конструкций Мюнхенского технического университета. Лабораторная база института строительных материалов отличается наличием высокомеханизированного смесительного и испытательного оборудования. Для перемешивания бетонной смеси используется уникальный лабораторный турбулентный смеситель фирмы «ЕRICH» с наклонным расположением смесительной емкости, с регулируемой скоростью вращения лопастей специфической геометрии. Смеситель оборудован устройствами регулирования температуры и вакуумирования. Это позволило при изготовлении бетонной смеси обеспечить относительно малое время перемешивания (5 мин 45 сек, включая «отдых» смеси 2 минуты), гомогенное подмешивание самых малых количеств добавок, удаление воздуха из смеси. Введение компонентов в бетонную смесь и перемешивание осуществляли по особой рецептуре, разработанной в институте стройматериалов. В лаборатории кафедры ТБКиВ перемешивание осуществлялось в простом турбулентном смесителе без регулирования температуры и удаления воздуха. Текучесть смеси контролировали по расплыву конуса от встряхивающего столика (по ГОСТ 310-76), что находится в соответствии с германской методикой.

Рецептура бетонов не отличалась между собой. В германской рецептуре использовались гиперпластификаторы на поликарбоксилатной основе FM 787, два вида микрокремнезема (Фирма RW – Fuller и Elcem 940) и два вида цемента марки СЕM42.5.

Таблица

Влияние состава на свойства бетонных смесей и бетонов

№  состава	Исходные материалы	Соотношение компонентов	Свойства
Цемент	Песок	Базальтовый порошок	МК	Стальное волокно	ГП, СП (раствор)	ГП, СП (сух)	Вода	Г П (с  у х о й) / (Ц+М К),	Ц е м е н т / (П е с о к + Б а з а л ьт)	Б а з а л  ьт/ п е с о к	МК/Ц	В/Ц	Р а  с  п  л  ы  в	С р е д н я я П л о т н о с т ь	С о д е  р ж а н и е  В о з д у ш  н  ы  х  п о р	Rс ж  7 с у т   28 с  ут
Пр-во	кг/м3	Массовый процент по отношению к цементу
см	г/см3	%	МПа
М 18	Be m b.	698,8	135	54	RW-Fuller	20	11	5,0	1,51	28	1,26	0,53	0,40	0,20	0,32	25,9	2,42	5,1	103,7 137
М 1 9	B e  m b.	698,8	135	54	Elcem 940	20	11	5,0	1,51	28	1,26	0,53	0,40	0,20	0,32	27,5	2,44	2,6	96.6 132.6
М 2 0	G e s e k e	698,8	135	54	RW-Fuller	20	11	5,0	1,51	28	1,26	0,53	0,40	0,20	0,32	30,5	2,46	2,2	109,8 149,4
С-1	В о л ь с к	698,8	135	54	ЧЭМЗ	15	11	5,0	1,51	28	1,26	0,53	0,40	0,15	0,33	24,0	2,32	4,5	82,0 115,0
С-2	В о л  ь с к	698,8	135	54	ЧЭМЗ	15	11	-	2,2	23	1,91	0,53	0,40	0,15	0,33	27,6	2,42	3,6	101,2 137,0
С-3	С т а  р. О с к о л	698,8	135	54	ЧЭМЗ	15	11	-	2,2	23	1,91	0,53	0,40	0,15	0,33	25,4	2,39	4,2	93,1 121,1

Содержание волокон по объему составляло 1%. Как следует из таблицы германские составы М18, М19 и М20 отличаются лишь видами цемента и микрокремнезема. При использовании одного и того же цемента СЕМ I 42,5 R HS Bernburg в составах М18 и М19, но различных микрокремнеземов RW-Fuller и Elcem 940 расплыв смеси на последнем составе возрос на 5,4%, что привело к уменьшению вовлеченного воздуха, незначительному повышению плотности, однако прочность в 7-ми и 28-ми суточном возрасте понизилась на 5,8-3,6%. Это, очевидно, связано с влиянием вида микрокремнезема. Сочетание цемента СЕМ I 42,5 R HS Gesece и микрокремнезема RW-Fuller позволило получить более текучую бетонную смесь с более низкой пористостью и повысить прочность до 149 МПа. Использование суперпластификатора С-3, вводимого в количестве 50% (от общей дозировки) со всей водой затворения в первую стадию и остаточного количества – во вторую (в соответствии с процедурой приготовления германских составов) не позволило получить достаточно близких результатов по прочности к составам М18 – М-20. Прочностные показатели были ниже на 16% (7 сут.) и на 23% (28 сут.), чем у оптимального состава М20.

Кратковременный домол Вольского цемента с базальтовой мукой и микрокремнезема с сухим порошком С-3 позволил достичь удовлетворительной текучести, повышенной плотности бетона и получить одинаковую прочность с бетоном М18. Использование Старооскольского цемента и изготовление на его основе композиционного вяжущего низкой водопотребности путем кратковременного домола составляющих не позволило получить позитивных результатов, вероятно, вследствие худшей совместимости Старооскольского цемента с суперпластификатором С-3. Попытка изготовить реакционно-порошковые бетоны с 20% микрокремнезема от массы цемента не увенчалась успехом. Для  получения  оптимального  расплыва  смеси 27-30

см. необходимо было увеличить водо-твердое отношение до 0,38, что заметно сказывалось на понижении прочности. Вероятно, качество микрокремнезема ЧЭМК было не столь высоким по сравнению с качеством германских МК. Использование особо чистых и более дисперсных микрокремнеземов БС-100 и БС-120 производства Стерлитамакского объединения «Сода» еще в большей степени загущало бетонные смеси и требовало повышения водосодержания.

Выводы

1. При использовании отечественных сырьевых материалов могут быть получены тонкозернистые армированные высокопрочные бетоны с нормативной прочностью при осевом сжатии 120-130МПа.