CC BY
34Гегерь В. Я., д-р техн. наук, проф., Лукутцова Н. П., д-р техн. наук, проф., Карпиков Е. Г., аспирант, Петров Р. О., студент Брянская государственная инженерно-технологическая академия
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА КОМПЛЕКСНОЙ МИКРОДИСПЕРСНОЙ ДОБАВКОЙ
Разработаны новые способы повышения эффективности мелкозернистого бетона путем модификации его структуры, комплексной микродобавкой на основе кварцевого песка, суперпластификатора С-3 и стеарата кальция, позволяющей получить изделия декоративно-архитектурного назначения из мелкозернистого бетона на основе некондиционного кварцевого песка с прочностью при сжатии до 50 МПа, при изгибе до 8,3 МПа, водопоглощением 1,4 % и морозостойкостью более ¥75.
Ключевые слова: комплексная микродисперсная добавка, кварцевый песок, суперпластификатор С-3, стеарат кальция, мелкозернистый бетон, прочность, водопоглощение, технологическая линия.
Острота экологической ситуации в Брянском регионе, ужесточение нормативных требований к охране окружающей среды выдвигает проблему экологически безопасной локализации отходов в число первоочередных задач. При этом основной целью является надежная изоляция отходов от биосферы. Успешно решить такую задачу можно путем связывания отходов в химически устойчивые материалы.
Наряду с этим возникает проблема использования некондиционных кварцевых песков -песков, имеющих модуль крупности, не позволяющий использовать их в производстве бетонов. В Брянской области находятся огромные запасы таких песков, а их использование может решить множество проблем, связанных как с экологическими, так и с экономическими вопросами [1].
Целью работы является разработка комплексной микродисперсной добавки для получения эффективного мелкозернистого бетона (МЗБ) нового поколения на основе некондиционного кварцевого песка.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней созданы новые способы повышения эффективности мелкозернистого бетона путем модификации его структуры, разработанной комплексной микродобавкой.
Мелкозернистые смеси обладают повышенной вязкостью и пониженной подвижностью по сравнению с обычными бетонными. Количество воздуха в уплотненных жестких мелкозернистых смесях значительно больше, чем в обычных, а удаление его затруднено ввиду большой структурной вязкости мелкозернистых смесей и дисперсности воздуха в них.
Как известно, песок обладает более высокой пустотностью, чем смесь песка и щебня. При невысоком содержании цемента в смесях более тощих, чем 1:3, цементного теста может не хватить для обмазки зерен песка и заполнения всех пустот. В этом случае возникает дополнительный объем пор, обусловленный нехваткой цементного теста, что вызывает увеличение общей пористости бетона и снижение его прочности. Этим обстоятельством объясняется сложность получения достаточно прочных песчаных бетонов при невысоких расходах цемента, характерных для обычного бетона.
Устранить данные недостатки мелкозернистых бетонов, а так же улучшить их физико-технические показатели возможно с помощью разработанной комплексной микродобавки, позволяющей использовать некондиционные кварцевые пески (НКП) в качестве полноценного заполнителя для бетонов.
Для получения комплексной микродобавки использовался кварцевый песок (КП), молотый в шаровой мельнице совместно с пластификатором С-3 и гидрофобизатором стеарат кальция, массовая доля которых составляла соответственно 1 и 0,5 % от массы материала, а время помола - 60 мин.
Введение молотого кварцевого песка, а также добавление значительного количества очень мелкого кварцевого песка фракции от 0,1 до 0,9 мм, формирует в водной среде совместно с цементом специфическую реологическую матрицу течения и обеспечивает сильное разжижение тонкозернистой смеси под действием суперпластификатора С-3 на основе сульфированного нафталинформальдегида. Это позволяет дополнительно наполнить текучую смесь не-
кондиционным песком и существенно снизить удельный расход воды и цемента. Введение суперпластификатора при использовании нетрадиционного сырья позволяет направленно управлять кинетикой структурообразования бетонной смеси, что в свою очередь, дает возможность регулировать основные физико-технические параметры бетона.
Как известно, микродобавки на основе молотого тонкодисперсного кварцевого песка с течением времени теряют свою активность. Поэтому для обеспечения стабильности свойств добавки применялся стеарат кальция технический С-17 С36H70O4Ca, увеличивающий срок хранения, повышающий морозостойкость, водонепроницаемость и уменьшающий усадку бетона.
Исследования дисперсности микродобавки проводились на лазерном анализаторе частиц Microsizer 201. Полученные результаты показывают, что график распределения частиц кварцевого песка, молотого в шаровой мельнице в течении 60 минут имеет экстремальный характер. Максимальное количество частиц находится в пределах 66,4...81,1 мкм и составляет 30 % от общей массы исследуемого количества молотого кварцевого песка. При совместном помоле кварцевого песка, добавки С-3 и стеарата кальция наибольшее содержание частиц находится во фракциях 99... 121 мкм - 32 %.
Рис. 1. График распределения частиц кварцевого песка, молотого в шаровой мельнице
Некондиционный кварцевый песок без добавок является наиболее тонкодисперсным. График распределения частиц кварцевого песка показывает полифракционность анализируемого порошка (рис.1). При введении добавок С-3 и стеарат кальция в состав кварцевого песка, распределение частиц исследуемых порошков мо-нофракционно, а, следовательно, содержит наибольшее количество частиц одной фракции, что положительно отражается на характеристиках МЗБ (рис. 2).
Рис. 2. График распределения частиц кварцевого песка, добавок С-3 и стеарат кальция, молотых совместно в шаровой мельнице
Для изучения влияния микродобавки на физико-механические свойства мелкозернистого бетона изготавливали образцы размером 4^4^16 см из цемента М 500 Д20 и кварцевом песке с Мкр=0,1.. .0,9, которые твердели в нормальных условиях. Составы мелкозернистого бетона с комплексной микродисперсной добавкой приведены в таблице 1.
Таблица 1
Составы мелкозернистого бетона
№ состава Количество, кг Содержание от массы песка, %
Цемент Песок Вода Содержание тонкодисперсного КП С-3 Стеарат кальция
Контр. 0,5 1,5 0,18 - - -
1 0,5 1,5 0,18 0,075 1 0,5
2 0,5 1,5 0,18 0,15 1 0,5
3 0,5 1,5 0,18 0,225 1 0,5
Вследствие проведенных исследований влияния комплексной микродобавки на предел
прочности при сжатии установлено, что зависимость носит экстремальный характер. Через 28
суток твердения в нормальных условиях максимальная прочность достигается при введении микродобавки в количестве 10 % от массы цемента и составляет 48,94 МПа (рис. 3).
50
>
й?
£40
30
С 20
е-ю
В- о
48,94
41,54
у /
/
•'18,2 ^^ 10,65
~ '-к 8,94
5 10
Содержание микродобавки, %
15
-»«-3 о то к -•~28 суток
Рис. 3. Предел прочности при сжатии в зависимости от содержания комплексной микродобавки
1 8
Ц
Г$7
з 5 5
= 4
8 3 х
3 1
=1
5-0
Л/ 8,27
\ / X 7,18
Х5.77
: 3 ''в
5 10
Содержание микродобавки, "'о
15
-К-3 слток -•-28 суток
Рис. 4. Предел прочности при изгибе в зависимости от содержания комплексной органоминеральной микродобавки
Прочность при изгибе возрастает пропорционально содержанию микродобавки от 3,3 МПа до 8,3 МПа, т.е. в 2,5 раза. Наибольшее значение предела прочности при изгибе мелкозернистого бетона наблюдается так же при содержании комплексной микродобавки в количестве 10% (рис. 4). Исследования плотности МЗБ показывают аналогичную зависимость от содержания микродобавки (рис. 5). Рост плотности МЗБ обусловлен более плотной упаковкой зерен заполнителя по отношению друг к другу в результате введения комплексной микродобавки. Дальнейшее увеличение содержания микродобавки в составе МЗБ приводит к разуплотнению
структуры и снижению его физико-механических характеристик.
Так же установлено, что при увеличении содержания комплексной микродобавки водопо-глощение мелкозернистого бетона значительно снижается с 5,1 до 1,4%, т.е. более чем в 3,5 раза, а при ее содержании 15 % уменьшается в 4 раза по сравнению с контрольным составом (рис. 6).
Рис. 5. Зависимость плотности образцов МЗБ от содержания комплексной органоминеральной добавки
Рис. 6. Зависимость водопоглощения образцов МЗБ от содержания комплексной органоминеральной Добавки
В работе предложено использование комплексной добавки для улучшения технологических свойств бетонной смеси и эксплуатационных характеристик бетона при изготовлении изделий декоративно-архитектурного назначения.
Технологическая линия производства изделий декоративно-архитектурного назначения разработана на основе патента 114904 РФ [2]. Линия включает в себя последовательно установленные и технологически связанные склады сырьевых компонентов (заполнитель, вяжущее вещество, пигменты), подаваемые питателем и пневмотранспортом в бункера промежуточного хранения, далее в смеситель, на формовочный
пост изготовления изделий, в камеру пропари-вания готовых изделий, на участок распалубки и на склад готовой продукции (рис. 6).
Рис. 6. Технологическая линия производства изделий декоративно-архитектурного назначения:
1 - склады сырьевых компонентов бетонной смеси,
2 - склады сырьевых компонентов микродобавки,
3 - питатель, 4 - пневмотраспорт, 5 - шаровая мельница, 6 - бункера промежуточного хранения, 7 - смеситель, 8 - формовочный пост, 9 - камера пропари-вания, 10 - участок распалубки, 11 - склад готовой продукции
Таким образом, разработана комплексная микродобавка с преобладанием частиц размерами 99...121 мкм, а так же технологическая линия, позволяющие получить изделия декоративно-архитектурного назначения из мелкозернистого бетона на основе некондиционного кварцевого песка. Установлено, что комплексная микрододобавка позволяет получить изделия с прочностью при сжатии до 50 МПа, при изгибе 8,3 МПа, водопоглощением 1,4 %, морозостойкостью более F75, что доказывает эффективность применения разработанной микродобавки в мелкозернистом бетоне при ее содержании 5 - 10% от массы цемента.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карпиков Е.Г. Комплексные добавки для бетонов, как фактор решения проблем урбанизированных территорий / Е.Г. Карпиков, Р.О. Петров, Д.А. Кириенко // Биосферносовмести-мые города и поселения: материалы междунар. научн.-практ. конф., Брянск 11-13 дек. 2012 г. / Брян. гос. инженер.-технол. акад. и др. - Брянск, 2012.- С. 78-82.
2. Пат. 114904 Российская Федерация МПК В 28 С 9/00. Технологическая линия производства изделий декоративно-архитектурного назначения [Текст] / Лукутцова Н.П., Ахременко С.А., Чудакова О.А., Карпиков Е.Г. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия». - № 2011138245 ; заявл. 16.09.11 ; опубл. 20.04.2012, Бюл. № 11. - 2с. : ил.
