Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
В настоящее время внимание ученых и инженеров привлекает широкое применение высо-копрочный бетон, отличающийся от обычного, повышенным содержанием цементного камня, меньшей крупностью зерен, многокомпонентностью состава, повышенной удельной поверхно-стью заполнителя. Эксплуатационные свойства этого бетона в большой степени зависят от свойств заполнителя и водосодержания. Известно, что эмпирический путь поиска дальнейше-го повышения прочности бетона всегда был трудоемок и длителен. В связи с этим, актуально предварительное изучение условий формирования структуры высокопрочного бетона, роль технологических приемов в этом процессе и характер влияния структуры на качество бето-на.
высокопрочные бетоны, порошковые бетоны
Введение. Несмотря на все положительные характеристики, стоимость высокопрочных составов и технологии работ по их изготовлению довольно высока и, в зависимости от конкретных условий, может превышать стоимость обычных вяжущих в несколько раз. Поэтому, важен поиск минеральных компонентов, в том числе техногенного происхождения, которые позволят, не снижая высоких строительно-технических и эстетических показателей, повысить доступность применения новых высокопрочных композиций [1]. Перспективными применительно к высокопрочным и высококачественным бетонам являются комплексные добавки, вводимые в состав смеси в виде водных растворов, порошков и эмульсий. Разработка методов оптимизации структуры, способствующей получению высокой степени упорядоченности составляющих ее элементов, изготовление вяжущих, полученных с применением техногенных продуктов является актуальной задачей.
Методология. Теоретической основой создания высококачественных композитов является научное направление – высокопрочные порошковые бетоны нового поколения, которые используют результаты исследования геологических процессов и горных пород для создания материалов нового поколения [2–3].
В исследованиях состава и структуры высокопрочных твердеющих композиций были использованы минеральные добавки, содержащие алюминатный, карбонатный компонент, и полимерные на основе карбоксилата. Тонкомолотый кварцитопесчаник, сланцы и амфиболиты из вскрышных и попутнодобываемых пород Курской магнитной аномалии (КМА) нашли применение в бетонах с комплексными органоминеральными добавками.
Существенное влияние на формирование структуры порошкового бетона оказывает применение добавок нового поколения, таких как карбоксилатный гиперпластификатор –
MF 1641, французский гиперпластификатор PREMIA 360 при его модификации водорастворимыми аддуктами нанокластеров углерода («Астраленам С») и другие, что регулирует их качественные характеристики. В настоящее время получен высокопрочный порошковый бетон с прочностью В100–120. Известно, что эмпирический путь поиска дальнейшего повышения прочности бетона всегда был трудоемок и длителен. В связи с этим, актуально предварительное изучение условий формирования структуры высокопрочного бетона, роль технологических приемов в этом процессе и характер влияния структуры на качество бетона.
Положительные результаты дает многокомпонентность состава бетона – число компонентов может доходить до 7–8 и более. При этом решающую роль на его свойства оказывает количество и качество вяжущего вещества, качество заполнителей и наполнителей (крупность зерен, гранулометрический состав, качество поверхности, пустотность, прочность). При этом стоимость готового материала значительна.
Важным источником повышения экономической эффективности производства порошковых бетонов нового поколения, является разработка методов оптимизации структуры, способствующей получению высокой степени упорядоченности составляющих ее элементов, изготовление вяжущих, полученных с применением техногенных продуктов.
Основная часть. В исследованиях были использованы минеральные добавки, содержащие алюминатный и карбонатный компонент, и полимерные типовые – Melflux 2651, Melment, С-3, а также тонкомолотый кварцитопесчаник, сланцы и амфиболиты из вскрышных и попутнодобываемых пород Курской магнитной аномалии (КМА). Применение в бетонах комплексных органоминеральных добавок, вяжущих веществ широкой номенклатуры, где в качестве кремнеземистого компонента применяется сырье техногенного происхождения в сочетании с суперпластификаторами и гиперпластификаторами составляет будущее современного бетоноведения и технологии бетона.
Несмотря на все положительные характеристики стоимость высокопрочных составов и технологии работ по их изготовлению довольно высока, и в зависимости от конкретных условий может превышать стоимость обычных вяжущих в несколько раз. Исходя из этого, важен поиск многотоннажных минеральных компонентов, в том числе техногенного происхождения, которые позволят, не снижая высоких строительно-технических и эстетических показателей, повысить доступность применения новых высокопрочных композиций. Перспективными применительно к высокопрочным и высококачественным бетонам являются комплексные добавки, вводимые в состав смеси в виде водных растворов, порошков и эмульсий.
При изучении вяжущих веществ широкой номенклатуры, где в качестве кремнеземистого компонента применяется сырье техногенного происхождения в сочетании с суперпластификаторами, были получены и гиперпластификаторами составляет будущее современного бетоноведения и технологии бетона.
Процессы структурообразования композитов с техногенными компонентами требуют своего изучения и активации работ по оптимизации составов и структуры высокопрочных материалов за счет подбора правильного соотношения новых исходных техногенных продуктов и управления процессами структурообразования. Это позволит получить высокофункциональные бетоны при низких материальных и энергетические затрат на производство.
В качестве кремнеземистого компонента были выбраны применяемые в настоящее время микрокремнезем, алюмосодержащая добавка, кварцевый песок. Это обеспечило значительное повышение основных строительно-технических свойств бетона и строительных изделий, что позволило снизить вес зданий и сооружений, не уменьшая их конструктивной жесткости, устойчивости и долговечности. Данная цель была достигнута уплотнением структуры, уменьшением количества пор и микротрещин.
Таблица 1
Показатели строительно-технических свойств порошкового бетона
|
Наименование показателя |
Значение |
|
Средняя плотность, кг/м3 |
2250 |
|
Прочность при сжатии, МПа |
75 |
|
Водоудерживающая способность, % |
89,5 |
|
Прочность сцепления с основанием, МПа |
0,9 |
|
Коэффициент конструктивного качества |
0,36 |
|
Марка по водонепроницаемости, W |
2 |
|
Марка по морозостойкости, F |
300 |
|
Истираемость, кг/м2 |
0,35 |
|
Усадка |
трещины отсутствуют |
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) |
0,089 |
Доля суперпластификатора Мelflux 2651 составляла 0,9 % расхода цемента. Расход цемента был снижен на ≈ 18 %. Свежеприготовленная смесь обладает повышенной текучестью и реологической активностью, что позволяет обеспечить безопалубочную укладку, т.е. самоформуемость изделий и конструкций большой площади (наливные полы, игровые площадки и др.).
К 28-суточному сроку твердения она отличается высокой степенью упорядоченности зернистой составляющей с высокой плотностью (рис. 1).
На рисунке 1 (при различных увеличениях) можно видеть степень уплотнения структуры порошкового бетона. Наблюдается практически полное отсутствие пор в бетоне. Это достигается за счет скорректированного состава твердеющей матрицы, введения оптимальных количеств тонкодисперсных техногенных продуктов, их плотнейшей упаковкой и сомоуплотняющего эффекта твердения. Повышение плотности структуры наблюдали с нарастающим эффектом в течение времени твердения. Этим предопределилось получение высокопрочного бетона с улучшенными физико-механическими характеристиками при применении комплексных добавок. За период твердения происходит ряд изменений в структуре формируемой бетонной смеси вследствие искусственной контракции, уменьшения пористости, исключения части пластических деформаций. В конце периода твердения, когда искусственный камень достиг своей максимальной плотности, а следовательно, и динамических характеристик, происходит интенсивный процесс связывания гидроксида кальция. В жидкой фазе завершается доуплотнение зернового состава с перекомпоновкой дисперсных частиц.
|
а) × 1000 |
б) × 5000 |
Рис. 1. Микроструктура порошкового бетона на основе тонкомолотого кварцитопесчаника
В нормативном возрасте прочность бетона с комплексной добавкой отличается упорядоченной зернистой структурой. За период твердения происходит ряд изменений в структуре формируемой бетонной смеси вследствие искусственной контракции, уменьшения пористости, исключения части пластических деформаций.
Таким образом, предложена модель структурообразования в модифицированных твердеющих композициях, в которых осуществлен принцип оптимизации структуры, заключающийся в создании высокой степени упорядоченности составляющих ее элементов и увеличении адгезии частиц цементного камня. Полученные результаты позволяют перейти к дальнейшему совершенствованию производства высококачественных декоративных бетонов. Применение методов создания модельных систем высокопрочных твердеющих композиций позволит получить новые данные о структуре материала, возможностях совершенствования и управления процессами формирования структуры.
Вывод. За последнее десятилетие появляется возможность коренного изменения методологии проектирования и производства композитов с заранее заданными свойствами за счет оптимизации структуры на макро- и микроуровне. Большие резервы по энергосбережению в стройиндустрии заложены в более полном использовании энергетики геологических и космохимических процессов за счет применения сырья с высокой внутренней энергией, т.е. существенного расширения сырьевой базы производства, в первую очередь, вяжущего. Представляется возможным расширение сырьевой базы модификаторов за счет использования пирокластических, вулканогенно-осадочных и других горных пород с аморфной структурой.
1. Баженов Ю.М., Демьянова В.И., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М: Изд-во АСВ, 2006. 368 с.
2. Толстой А.Д., Лесовик В.С., Ковалева И.А., Якимович И.В., Лукутцова Н.П. Высокопрочные материалы для декоративных целей // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 8. С. 51-53.
3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990. 400 с
