Применение композиционных вяжущих в технологии ячеистого бетона

Сулейманова Л.А.; Погорелова И.А.; Марушко М.В.

DOI: 10.12737/article_5a816bda646a22.41029804

Сулейманова Л.А., д-р техн. наук, проф., Погорелова И.А., канд. техн. наук, доц., Марушко М.В., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ В ТЕХНОЛОГИИ ЯЧЕИСТОГО

БЕТОНА

ludmilasuleimanova@yandex.ru

Для получения высококачественных и энергоэффективных ячеистых бетонов и повышения эффективности использования цемента в ячеистобетонной смеси применяют композиционные вяжущие вещества. В данных материалах к основному вяжущему добавляют специальные добавки и активные минеральные компоненты, способствующие существенному улучшению физико-механических свойств вяжущих и ячеистых бетонов на их основе.

Разработаны композиционные вяжущие с суперпластификатором МвЩых 1641 Г и активной минеральной добавкой карбонатного наполнителя (до 20...30 %), позволяющие регулировать сроки схватывания, воздухововлечение при перемещении и уплотнении смеси, собственные деформации цемента и бетона при твердении, плотность и прочность бетона и значительно улучшать и другие свойства в зависимости от его назначения. Это позволяет в достаточно широком диапазоне варьировать свойства композиционного вяжущего вещества для получения энергоэффективных и высококачественных ячеистых бетонов.

Ключевые слова: композиционное вяжущее, ячеистый бетон, вяжущее низкой водопотребно-сти, клинкер, цемент, гипс, наполнитель, суперпластификатор, свойства.

В современном строительстве, одновременно с традиционными тяжелыми бетонами с прочностью 10...50 МПа, для различных видов конструкций и изделий получают и применяют новые эффективные виды бетонов: высокопрочные, безусадочные, повышенной долговечности, напрягающие и расширяющиеся, а также специальные бетоны и бетонные смеси на новых композиционных вяжущих, легкие ячеистые бетоны и другие.

Ячеистый бетон нашел широкое применение в самых различных областях строительства за счет специфических особенностей пористой структуры и многообразия его функциональных значений [1].

Традиционно, основными сырьевыми компонентами для производства ячеистых бетонов являются вяжущие различных типов и классов, кремнеземистые компоненты (песок, зола-унос ТЭС, продукты обогащения руд), порообразова-тели (пено- и газообразователи, воздухововлека-ющие добавки), регуляторы структурообразова-ния, нарастания пластической прочности, ускорители твердения, пластифицирующие добавки и вода [2].

В качестве вяжущего для ячеистого бетона применяют: портландцемент, шлако-портланд-цемент, известь кальциевую, цементо-известко-вое вяжущее, известково-белитовое вяжущее, шлаковые вяжущие и другие.

Широко используются клинкерные вяжущие - преимущественно бездобавочный портландцемент общестроительного назначения, что способствует повышению прочности и морозостойкости ячеистого бетона на основе такого вяжущего. Однако наблюдаются достаточно длительные сроки схватывания и медленный набор прочности в начале твердения ячеистобетонной смеси. В связи с этим рекомендуются цементы с началом схватывания не позднее 2-х часов и окончанием схватывания не позднее 4-х часов [3,

4].

Для фиксирования структуры высокопрочного ячеистобетонного массива и предотвращения его разрушения целесообразно применение быстротвердеющих и особо быстротвердеющих специальных цементов [5].

Возможно применение в технологии ячеистого бетона цементов с гидравлическими добавками зол ТЭЦ, доменного гранулированного шлака (около 10.15 %), отличающими вяжущими свойствами и активацией твердения.

Актуально использование для производства ячеистого бетона тонкомолотых многокомпонентных цементов с повышенной дисперсностью (до 1100 м2/кг) и оптимизированной гранулометрией, тонкий помол которых способствует практически полной единовременной гидратации минералов клинкера.

Вяжущее с удельную поверхность от 800 до 1100 м2/кг - микроцемент, размер частиц которого ограничен величиной 50 мкм, используют в технологии производства. Возможно получение гранулометрического состава, близкого к микроцементу, высокой дисперсности из цемента ЦЕМ I 42,5 Н путем фракционирования седиментаций.

Для быстрого набора структурной прочности ячеистобетонной массы используют вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), отличающиеся от портландцементов высокой дисперсностью; низкой водопотребностью за счет содержания высокоэффективного модификатора, вводимого при совместном помоле всех составляющих; высокой активностью по прочности (до 100 МПа).

Механохимическая активация цемента и получение на этой основе высокоактивных цементов становится востребованной в связи с наблюдающимся во всем мире переходом в строительстве на более высокие марки бетонов, необходимостью придания им специальных свойств, повышающих долговечность изделий и конструкций.

Механоактивированный цемент с минеральными добавками позволит радикально решить вопрос сбережения удельных энергозатрат на тонну цемента путем снижения клинкерной составляющей (до 50...75 %) с сохранением высоких физико-механических свойств [6].

Минеральные добавки, вводимые в механо-активированные цементы, должно отличать высокое содержание кремнезема и его соединений и низкая влажность.

Повышение эксплуатационных показателей бетонов на основе ВНВ можно объяснить улучшением их структурных характеристик. Установлено, что цементный камень и бетон на основе ВНВ имеют относительно низкую пористость, в них практически отсутствуют крупные капиллярные поры.

Один из основных компонентов ячеистобе-тонной смеси - высокоэффективное вяжущее вещество, получение которого сопровождается использованием сложных составов для производства высококачественных ячеистых бетонов разного функционального назначения с улучшенными и даже новыми эксплуатационными свойствами с заданной структурой. В основе создания таких вяжущих веществ заложен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов, а также использование механохимической активации компонентов и других приемов [7-9].

На сегодняшний день разработаны и получены [10]:

- ячеистобетонные смеси на основе ВНВ в сочетании с химическими добавками, пластическая прочность которых через 20.30 мин после изготовления составляет 0,2.0,3 МПа, что, в свою очередь, дает возможность создания безрезательной технологии при производстве качественных блоков;

- композиционное шлаковое вяжущее, способствующее получению ячеистого бетона с увеличением прочности на 45.60 %;

- конструкционно-теплоизоляционный ячеистый бетон с улучшенными свойствами на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего и другие.

Композиционное вяжущее (КВ) - это продукт механохимической активации в определенных условиях портландцемента или другого вяжущего вещества с химическими модификаторами, содержащими водопонижающий компонент, и минеральными добавками [11]. К активным компонентам и модификаторам можно отнести такие вещества и минералы, как: комплексы химических модификаторов различного назначения; дисперсные наполнители; ультрадисперсные наполнители-уплотнители и активизаторы; компоненты для управления объемными изменениями структуры, а также придающие бетону специальные свойства и позволяющие управлять реологией бетонной смеси и процессами затвердевания; компоненты, позволяющие управлять физико-химическими процессами твердения и регулирующие внутреннее тепловыделение материала.

Применение современной технологии композиционных вяжущих с удельной поверхностью 500.600 м2/кг оптимального гранулометрического состава с усовершенствованной морфологией и характером поверхности частиц, с модификаторами и ультратонкими наполнителями способствует получению ячеистого бетона для энергоэффективного строительства с одновременным повышением его эксплуатационных свойств.

Применение различных минеральных наполнителей, добавок-интенсификаторов, а также рациональный подбор ингредиентов и порядок их введения и совершенствование морфологии поверхности частиц способствует достижению производства эффективных КВ. Основные свойства КВ определяются химическим и минералогическим составом клинкерной части, наличием добавок и модификаторов, а также гранулометрией и формой его частиц.

ВНВ и КВ получают механохимической обработкой из портландцемента или его смеси с минеральной добавкой в присутствии порошкообразного суперпластификатора. Последний вводится при помоле цемента или клинкера с сухой добавкой, обеспечивая капсулирование зерен цемента, что, в свою очередь, препятствует агрегированию мельчайших частиц цемента и приводит к повышению прочности и эффективности КВ.

Безвибрационные технологии потребовали создания пластифицирующих добавок, позволяющих снизить водопотребность более чем на 25.30 %. Высококачественные самоуплотняющиеся бетоны и самонивелирующиеся массы можно создать только с применением супер- и гиперпластификаторов.

Технические характеристики гиперпластиф

Действие пластификаторов нового типа (табл. 1), представляющие собой порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки, основано на совокупности электростатического и стерического (пространственного) эффектов. Последний достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира. За счет этого, водо-редуцирующее действие таких пластификаторов в несколько раз сильнее и дольше, чем у обычных. Благодаря двойному механизму диспергирования, добавки МеШих позволяют достичь во-допонижающего эффекта более 30 %.

Проведена апробация суперпластификаторов Ме1теП и МеШих [10] с установлением оптимального содержания 0,16 % и 0,68 % соответственно.

Таблица 1

аторов Melment и Melflux различных видов

Тип Ме1те^ Ж 10 Ме1теП Ж 15 О МеШих 1641 Ж МеШих 2641 Ж МеШих 2651 Ж МеШих РР 100 Ж МеШих 4930 Ж МеШих 5581 Ж МеШих 6681 Ж

Химическая основа меламинформальдегид поликарбоксилат

Рекомендуемая дозировка, (мас. % на вес вяжущего) 0,1.1,0 0,1.1,1 0,05.0,6 0,05.0,6 0,05.0,5 0,05.0,3

Рекомендуемое вяжущее цемент гипс ПЦ ПЦ, ПЦ/ГЦ ПЦ, ПЦ/ГЦ ПЦ

Быстроадсорбирующиеся суперпластификаторы МеШих (табл. 1), являются новыми разработками поликарбоксилатных порошков с отличительными эксплуатационными показателями и

Распределение частиц композ

преимуществами, основные из которых: сильное разжижающее действие, обеспечивающее короткое время смешения, и снижение количества воды затворения (водоредуцирование).

Таблица 2

юнных вяжущих по размерам

Таблица соответствия размеров частиц (О, мкм) заданным значениям весовой доли

клинкер + гипс

О, мкм 1.15 2.27 3.88 6.43 9.70 13.9 20.2 31.0 49.7 600