Строительные статьи

Структура и свойства конструкционного керамзитобетона с добавкой суперпластификатора

Одним из направлений рационального использова­ния цемента в строительстве является широкое при­менение смешанных вяжущих, содержащих в своем со­ставе повышенные дозировки активных минеральных добавок. Особое внимание среди минеральных добавок к цементам привлекают цеолитсодержашие породы (ЦСП). Эффективность таковых с высоким содержани­ем цеолитов показана в ряде работ [I, 2]. Однако возможность применения ЦСП с относительно малой долей цеолитового минерала изучена недостаточно. Отличительной особенностью смешанных вяжущих с использованием ЦСП является повышенная водопо - требность. что вызывает необходимость использования пластификаторов [2. 3].

В данной статье приводятся результаты эксперимен­тальных исследований влияния добавки супер пласти­фикатора С-3 на структуру и физико-механические свойства керамзитобетона марок 200—300. изготовлен­ного на основе смешанного вяжущего из смесей с осад­кой конуса от 5 до 15 см. Применение суперпластифика­торов, как следует из результатов ранее выполненных исследований [4, 5], особенно эффективно в легких кон­струкционных бетонах, изготовляемых из пластичных смесей и отличающихся высокими расходами цемента.

В эксперименте использовалось смешанное вяжу­щее. полученное путем домола портландцемента марки 400 Ульяновского завода совместно с природной ми­неральной добавкой — цеолитсодержащей породой Татарско-шатрашанского месторождения Республики Татарстан и суперпластификатора С-3 до удельной по­верхности 415 м2/кг. Такой способ приготовления вяжущего позволяет активизировать не только клин­керную часть, но и активную минеральную добавку как за счет повышения дисперсности вяжущего с 285 до 415 м2/кг, так и за счет аморфизации силикатной фазы цеолитсодержащей породы при совместном измельче­нии ее с добавкой супертастификатора.

Активная минеральная добавка содержит в своем составе (мае. клиноптилолит — 19: кальцит — 18: кварц — 7: активный кремнезем — 30: глинистые и гид­рослюд истые минералы — 26. Химический состав цеолитсодержащей породы, по массе %: SiO-> — 54,58; СаО - 17.94; ТЮ-, - 0.26; А1,03 - 5,27; Fe-,0, - 0,08; МеО - К12: iNa20~ 0.19; К20 ~ 0,74; Р203 - 0.04; ппп - 19,78. Модуль основности этой породы (М0) находится в пределах 0.26—0,31, что позволяет отнести ее к группе кислых пуццолановых добавок. Модуль активности (Ма) ЦСП находится в пределах 0,08—0,14, что также свидетельствует о высокой активности добавки. Как по­казали исследования гидравлической активности ЦСП по определению пуццолановой активности проб мето­дом поглощения СаО из водной вытяжки цемента (ГОСТ 25094-94). ЦСП относится к эффективным ми­неральным добавкам и активно вступает во взаимодей­ствие с гидроксидом кальция. Несмотря на малое со­держание в породе клиноптилолита, ее пуццолановая активность оказалась выше, чем у диатомита. В целом по результатам эксперимента следует, что активными компонентами породы являются не только клинопти­лолит и опалкристобалит, но и монтмориллонит.

В качестве заполнителей использовались речной квар­цевый песок с модулем крупности 2.7 и керамзитовый гра­вий фракции 5-20 мм со средней плотностью 500 кг/м' и прочностью при испытании в цилиндре 2,5 МПа.

Приготовление керамзитобетонной смеси осуществ­лялась в лабораторном бетоносмесителе. Из керамзито - бетонной смеси заданного состава формовались образ­цы-кубы с ребром 15 см, которые пропаривались при 90°С по режиму 3+2+8+2 ч. Часть образцов испытывллась через 4 ч после окончания пропаривания. остальные че­рез 28 сут последующего нормального хранения.

Оптимизация состава керамзитобетона с добавкой суперпластификатора производилась при помощи четы- рехфакторного почти D-оптнмального плана второго по­рядка. В качестве независимых переменных определен расход вяжущего (X] = 300,450,600 кг/м3). расход керам­зита (Хэ = 600. 750. 900 л/м3). удобоукладываемость ке - рамзитобетонной смеси (Х3 = 5, 10. 15 см) и содержание добавки С-3 (Х4 = 0:0.3:0.6 5с от массы вяжущего).

В результате реализации планируемого эксперимен­та по специальной программе с помощью персонально­го компьютера получены математические модели фор­мирования прочности легкого конструкционного бето­на (1*28* МПа) и его средней плотности (у. кг/м3) следу­ющего вида:

R, s = 27.1 +4.4Х,- 1.25Х,-0.5Х,+ 1.9Х4-3.1X,-- -2X]X•> + 1,07Х, Х4- 1.1 7ХяХ4 (1)

У= 1714 т 17XJ - 81Хт - 8X + 18Х4 - 24Хр + 38Х4- - 20Х, Х3 + 9Х, Х4- 23Х2Х4 (2)

Анализ полученных моделей и результатов активно­го эксперимента позволил установить, что эффектив­ность действия суперпластификатора в керамзнтобето - не на смешанном вяжущем в условиях данного экспе­римента возрастает с увеличением удобоукладываемос - ти бетонной смеси, и особенно значительно — с увели­чением содержания крупного заполнителя. По резуль­татам этого эксперимента определены оптимальные со­ставы легкого бетона марок 200. 250 и 300 как с добав­кой. так и без добавки, анализ которых показывает, что на эффективность применения добавки суперпласти­фикатора в количестве 0,6 мае. % смешанного вяжуще­го оказывает влияние прежде всего содержание керам­зита. Для всех исследуемых марок бетона наибольшее снижение расходов смешанного вяжущего (20—25 fc) достигается при максимальном содержании керамзита.

Добавка С-3 повышает плотность керамзитобетона на данном виде вяжущего и, как следует из уравнения регрессии (2), приводит к некоторому увеличению средней плотности бетонной смеси и затвердевшего бе­тона при всех фиксированных расходах вяжущего и ке­рамзита. В оптимальных составах бетонов марок 200—300 в присутствии добавки наблюдается снижение средней плотности легкого бетона за счет уменьшения расхода вяжущего.

Реологические исследования смешанного вяжшсго показали, что введение ЦСП в его состав увеличивает эффективную вязкость в 1.7—2 раза при равных В/В от­ношениях. Величина эффективной вязкости зависит при этом от скорости сдвига. Изменение эффективной вязкости от скорости сдвига в тесте на смешанном вя­жущем проявляется в большей степени, чем в портланд - цементном. Введение пластификаторов в состав сме­шанного вяжущего при его помоле, как и следовало ожидать, снижает вязкость цементного теста при всех скоростях сдвига, но вместе с тем вязкость цементного теста при различных значениях В/П все-таки остается выше, чем теста на обычном портландцементе. Поэто­му керамзитобетонная смесь на этом виде вяжущего при высоких значениях подвижности обладает хорошей связностью, однородностью и не расслаивается при формовании.

Изучение особенностей фазового состава продуктов гидратации смешанного вяжущего методами ДТА. РФА, ИКС и электронной микроскопии показало, что LiCn приводит к увеличению объемной концентрации гидратных новообразований как за счет повышения степени гидратации клинкерных зерен, так и за счет взаимодействия Са(ОН)2 с активными компонентами породы. Благодаря высокой гидравлической активнос­ти ЦСП в условиях пониженной концентрации СаО в жидкой фазе образуются, главным образом, низкоос­новные гидросиликаты кальция, кристаллизующиеся в присутствии суперпластификатора преимущественно в мелкодисперсном виде в форме игл и волокон.

Список литерату ры

!. Галыхерина Т. Я., Вертопряхова Л. А., Соловьева И. А. и Др. Применение цеолитизированных пород Шивыр - Туй с кого месторождения в производстве цемента // Цемент. 1992. № 4. С. 79-82.

2. Полюдова С. В., Ко. юмиеи В. И., Соломатов В. И. Цементоцеолитовые композиты // Известия вузов. Строительство. 1995. № 3. С. 41 -46.

3. Изотов B.C., Морозова И. Н. Смешанное вяжущее для бетонов, твердеющих при пропаривании // Строит, материалы. 1998. № 12. С. 19-20.

4. Изотов B.C. Структура и свойства конструктивного керамзитобетона с добавкой водорастворимого сульфированного олигомера // ВНИИЭСМ. 1988. Вып. 8. № 1592. С. 4-5.

5. Изотов B.C. Свойства бетонов, модифицированных водорастворимыми полимерами // Сб. трудов «Ком­позиционные строительные материалы». Саратов: СПИ. 1990. С. 58-60.

Работа финансируется по Гранту фундаментальных исследований в области архитектуры и строительных наук Минобразования РФ

B.C. УТКИН, канд. техн. наук (Вологодский государственный технический университет)