Строительніе статьи 1996

Жаростойкие бетоны на основе модифицированного портландцемента

Жаростойкие бетоны на основе портландцемента с гонкомолотой жароупорной добавкой являются одними из самых распространен­ных при производстве конструк­ций и изделий, подверженных воз­действию повышенных и высоких температур. Их широкое распро­странение обусловлено низкой, но сравнению с другинш бетонами этого класса, стоимостью, отрабо­танной технологией изготовления конструкций и изделий на их ос­нове, а также достаточно высоки­ми прочностиыми свойствами. Од

Нако при воздействии высоких температур у таких бетонов на­блюдается резкое снижение проч­ности, которое достигает 60- 70 %. Основные причины этого явления: дегидратация и разложе - ■ ние высокоосновных гидросили­катов и алюминатов кальция, вто­ричная гидратация оксида каль­ция, разность между температур­ными деформациями заполнителя п цементной) камня и др.

Авторы ставили перед собой за­дачу разработать жарос тойкий бе­тон на основе портландцемента не только с высокими прочностными показателями, но и без резкого па­дения их в интервале высоких температур.

Снизить потери прочности жа­ростойкого бетона можно следую­щими технологическими приема­ми: использованием в качестве ог­неупорной тонкомолотой добавки и заполнителя материалов с близ­кими показателями термических деформаций, увеличением их про­центного содержания в бетоне, мо­дифицированием с труктуры хими­ческими добавками жаростойкого вяжущего и бетона на его основе.

Эти приемы можно использовать как комплексно, так и раздельно.

Повышение количества тонко - молотой добавки в бетоне имеет как положительные, так и отрица­тельные стороны. С одной сторо­ны, увеличение расхода тонкомо­лотой добавки в материале сопро­вождается повышением его оста­точной прочности после воздейст­вия высоких температур. Так, по­сле воздействия температуры

800 °С остаточная прочность об­разцов бетона с соотношением тонкомолотой добавки к порт­ландцементу 0,33 равна 46 %, а с соотношением 1,2 — 67 % [1].

С другой стороны, согласно проведенным исследованиям [1], жаростойкий бетон, содержащий более 1,2 части тонкомолотой до­бавки по отношению к портланд­цементу, легко разрушается пара­ми воды в процессе сушки и нагре­ва за счет относительно низкой начальной прочности.

—В— исследованиях - рассматрива­лась возможность увеличения со­держания тонкомолотой добавки сверх 1,2 части от количества портландцемента, а также сниже­ния количества портландцемента в бетоне при сохранении достаточ­но высоких (до 400 кг/см2) его прочностных характеристик. Бы­ли применены добавки, понижаю­щие водоиотребность бетонной смеси и создающие условия для образования низкоосновных гид­росиликатов кальция.

П роектирован ие жаростойкого вяжущего (ЖВ) осуществлялось при использовании результатов исследований в области жаростой­ких вяжущих на основе портланд­цемента [1, 2] и вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) [3, 41. Со­гласно электронно-микроскопиче­ским исследованиям, проведен­ным в работе [3], было определе­но, что гидратные новообразова­ния цементного камня -на основе ВНВ представлены преимущест­венно длинноволокнистыми низ­коосновными гидросиликатами кальция при отсутствии крупно­блочных соединений и видимых дефектов структуры. Отмечено пониженное содержание гидроок­сида кальция в цементном камне. Использование ВНВ в качестве вяжущего изменяет характер по- ровой структуры бетона Снижа­ется количество капилярных и увеличивается доля гелевых пор. Например, в бетоне, где в качестве вяжущего используется ВНВ (со­держание 100 %), количество ге­левых и капиллярных пор пример­но одинаково, тогда как в обыч­ном тяжелом бетоне капиллярная пористость превышает гелевую в 20—30 раз [3].

Таким образом, жаростойкий бетон на основе ЖВ отличается от жаростойкого бетона на портланд­цементе тем, что в структуре це­ментного камня преобладают низ­коосновные гидраты, имеющие значительную прочность и малое количество гидрооксида кальция. Это значительно повышает огне­упорные свойства жаростойкого бетона [2] и снижает потери проч­ности лри воздействии высоких температур. Предполагалось, что бетонные смеси с использованием ЖВ требуют значительно меньше­го количества воды затворения при равной удобоукладываемости. чем смеси на основе портландце­мента.

ЖВ получали путем совместно­го помола в шаровой мельнице портландцементного клинкера или портландцемента и тонкомо­лотой шамотной добавки в при­сутствии поверхностно-активных веществ.

Для подтверждения приведен­ных выше предположений прово­дили сравнительные исследования по определению технологических свойств бетонных смесей на осно­ве ЖВ и портландцемента (зависи­мости удобоукладываемости от водопотребности), жаростойких свойств (определение прочносч - них характеристик бетонов при действии различных температур; и стойкости к термоудару.

В работе использовали ЖВ с различным содержанием порт­ландцемента в нем — от 20 до 60 %. В качестве заполнителя при­меняли бой шамотных изделий, также шамот различной грануло­метрии, с максимальным диамет­ром зерен — 5 мм. Водопоглоще - ние заполнителей соответственно

14 и 8 %. Заполнитель, используе­мый в исследованиях, имел нуле­вую влажность. Жесткость бетон­ных смесей измерялась прибором Красного.

Испытания бетона на одноосное сжатие проводились на образцах - кубах с ребром 7 см, в возрасте

28 сут, нормального твердения. Одна часть образцов испытыва­лась в нормальных условиях, дру­гая — в нагретом состоянии после одного часа изотермической вы­держки. третья — спустя один час - после окончания термовоздейст­вия. Перед нагреванием образцы высушивали до постоянной массы при температуре 100 °С.

Образцы, испытываемые на гермоудар без предварительного высушивания помещали в му­фельную печь, разогретую до тем­пературы 800 °С. Через 30 мин на­хождения в печи их вынимали, ох­лаждали в течение 30 мин на воз­духе и осматривали. Образцы, вы­державшие испытание без разру­шения или видимых трещин, ис­пытывали на прочность при сжа­тии.

Составы исследуемых бетонов приведены в таблице, результаты испытании - на рис. 1 и 2 и в таб - _лиде^

На рис. 1 представлены резуль­таты исследовании зависимости жесткости бетонной смеси и проч­ности образцов от расхода воды затворения.

Анализируя полученные дан­ные, можно сделать вывод о том, что водонотребность жаростойко­го бетона на основе ЖВ значи­тельно ниже, чем на основе порт­ландцемента, а прочность выше. Чем большее количество порт­ландцемента содержится в ЖВ, тем водонотребность у бетонов меньше. Анализ результатов изме­рения жесткости бетонной смеси свидетельствует о том, что для смесей на основе ЖВ характерна высокая чувствительность к изме­нению количества воды затворе­ния.

Например, для бетона на основе ЖВ (с содержанием портландце­мента в нем 30 %) с количеством заполнителя по отношению к вя­жущему, равным 2, изменение же­сткости на 10 с соответствует из­менению водовяжущего отноше­ния (В/В) на 0,8 %. В то же время для бетонной смеси на основе портландцемента (состав № 6, табл. 1) такое же изменение жест­кости соответствует изменению В/В на 1,8 %.

Существенным 'фактором, вли­яющим на технологические и прочностные свойства жаростой­кого бетона на основе ЖВ, являет­ся водопотребность используемо­го заполнителя. Так, например, при приготовлении бетонных сме­сей равной жесткости (10—15 сек) на основе ЖВ с содержанием порт­ландцемента 20 % и соотношени­ем заполнитель — вяжущее, рав­ным 2, где в качестве заполнителя использовали шамот и бой шамот­ных изделий, В/В было равно со­ответственно 0,43 и 0,5. В этом случае прочность бетона на ша­мотном бое была ниже на 16 %. Для приготовления жаростойкого бетона на основе ЖВ предпочти­тельнее использовать заполни­тель с малым водопоглощением.

Зависимость прочности от В/В (см. рис. 1) имеет экстремальный характер. Левая ветвь означает не­достаток воды затворения (в ре­зультате малого количества воды возникают трудности равномерно­го распределения ее в сухой сме­си). Правая ветвь указывает на не­который избыток воды затворе­ния. Максимум прочности прихо­дится на расход воды затворения, при котором жесткость смеси рав­на 35—45 сек. Отметим, что для различных составов удобоуклады - ваемость бетонных смесей, соот­ветствующая максимальной проч­ности при сжатии, при возраста­нии количества шамота в бетоне (тонкомолотого или в качестве крупного заполнителя) смещается в сторону увеличения жесткости.

Результаты исследований влия­ния температуры на прочность бе­тонов представлены на рис. 2. Анализируя полученные данные приходим к выводу, что проч­ность бетонов на основе ЖВ при повышенных и высоких темпера­турах значительно превосходит аналогичные показатели бетона на портландцементе с одинаковым расходом цемента и тонкомолотой добавки. Прочность бетона на ос­нове портландцемента при высо­ких температурах снижается ин­тенсивнее, чем у бетона на основе ЖВ. Это можно объяснить нали­чием в ст руктуре бетона на основе ЖВ низкоосновных гидратов, ко­торые связывают меньшее коли­чество воды и отдают ее при более высоких температурах. При тем-

4 Ї
Я)	40
40	10
20
ЇО
7 с Мнершпу[ш.°С
Рис 2. Зависимость прочности бетона
034 036 038 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 В/В Рис.! Зависимость прочности бетона и жесткости смеси от водовяжущего отно­шения: ---------- жесткость, ------------------- - прочность

УДК 666.9

А. Н. МОКРУШИН, С. В. РАСКОПИН, кандидаты техн. наук (Пермский Г ТУ)