Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА С ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИМИ И МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

Анисимов С.Н. 1 Кононова О.В. 1 Минаков Ю.А. 1 Лешканов А.Ю. 1 Смирнов А.О. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Исследовано влияние содержания добавки молотого цементного камня на прочность и водопотребность тяжелого бетона с добавлением пластифицирующих добавок Glenium® ACE 430 и Кратасол. Установлено, что суперпластификаторы позволяют скомпенсировать рост водопотребности бетонной смеси от присутствия минеральной добавки. Поликарбоксилатный суперпластификатор Glenium® ACE 430, в количестве 1 % от массы цемента, позволяет уменьшить водопотребность бетонной смеси на 15 % в условиях равноподвижности. Пластификатор Кратасол на основе модифицированного лигносульфоната натрия в количестве 0,4 % от массы цемента, уменьшает водоцементное отношение на 8 %. Установлено повышение прочности составов бетона, содержащих 5 % минеральной добавки. Совместное использование 5 % минеральной добавки и 1 % суперпластификатора GleniumACE 430 позволяет увеличить прочность в возрасте 3 календарных дней – на 20 %, в возрасте 28 календарных дней – на 27 %.
бетон
молотый цементный камень
суперпластификатор
подвижность
водопотребность
прочность
1. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. – М.: АСВ, 2006. – 368 с.
2. Батраков В.Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы // Строительные материалы. – 2006. – № 10. – С.4-7.
3. Горбунов С.П. Оптимизация составов тяжелых бетонов применением тонкодисперсных добавок // Вестник юургу. серия: стр-ство и арх-ра. – 2012. – №17 (276). – С. 30-35.
4. Добавки в бетон. Технический каталог; ноябрь, 2009. – М.: «BUSFConstructionChemicals», 2009. – 136 с.
5. Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю. Влияние поликарбоксилатных суперпластификаторов на структурообразование цементных паст // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 5–5. – С. 945-948; URL:www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=10003291 (дата обращения: 31.07.2015).
6. Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю., Смирнов А.О. Влияние кварцевого наполнителя и суперпластификатора Glenium® ACE 430 на раннюю прочность мелкозернистого бетона с ускорителем твердения // Фунд. исследования. – 2014. – № 11–7. – с. 1901-1905; URL: www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=10005133 (дата обращения: 31.07.2015).
7. Зоткин А.Г. Бетоны с эффективными добавками: уч.-практич. пособие. – М.; Вологда: Изд. Инфра-Инженерия, 2014. – 160 с.
8. Кратасол ПФМ улучшенный. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://krata.ru/productsru/details/125/55/dobavki-dlya-betona (дата обращения: 31.07.2015).
9. Соловьева Л.Н. Конструкционно-теплоизоляционные бетоны на основе гранулированного наноструктурирующего заполнителя: автореф. дис. … канд. техн. наук // БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2010. – 23 с.
10. Buchenau G, GesteinsmehlefürselbstverdichtendenBeton / G. Buchenau, B. Hillemeier // Betonwerk+FertigteilTechnik. – 2001. – № 11. – S.32-38.

В настоящее время проблемы повышения прочности и долговечности бетона успешно решаются методом его модифицирования [2]. Управление структурообразованием цементных систем с помощью добавок позволяет получать высокопрочные бетоны с низкой проницаемостью и высокой коррозионной стойкостью [1; 2; 5].

Среди применяемых в технологии бетона модификаторов особое место занимают две большие группы добавок – минеральные добавки и суперпластификаторы (СП). Суперпластификаторы чаще применяют в бетонах с высокими расходами цемента, а минеральные добавки – в составах с низким содержанием цемента. Совместное использование минеральных и органических добавок является главным отличием современных бетонов от классического бетона [2; 6; 7].

Использование активных минеральных добавок способствует повышению прочности, плотности, коррозионной стойкости, экономии цемента в производстве бетона. При введении активных минеральных добавок в бетонную смесь увеличивается концентрация дисперсных частиц в цементном тесте, что снижает расслоение бетона. В твердеющем бетоне увеличивается степень гидратации цемента в раннем возрасте. На поверхности минеральных добавок отлагаются продукты гидратации цемента, а мельчайшие ее частички служат центрами кристаллизации [3; 7].

В качестве активных минеральных добавок применяют добавки различной природы происхождения: природные и искусственные (техногенные). Природные добавки представляют собой измельченные вулканические и осадочные горные породы, диатомит, вулканический пепел, туф. К техногенным добавкам относятся отходы или попутные продукты различных производств, такие как: микрокремнезем, бой силикатного и керамического кирпича, керамическая пыль, отходы от добычи и обработки каменных материалов, зола-унос, шлаки и т. д. [6; 7; 10]. В их состав также включают минеральные добавки в виде тонкомолотого цементного камня. Тонкое измельчение может быть осуществлено в высокоэнергетических мельницах и роторно-пульсационных агрегатах. Применение в бетоне таких добавок позволяет решить проблему их утилизации, значительно улучшить экологическую ситуацию и снизить себестоимость строительных изделий и конструкций [3; 9].

Тонкомолотый цементный камень приводит к формированию микроструктуры цементного камня с четкими срастаниями отдельных блоков в монолитную массу. Кристаллы портландита имеют не механические, а химические связи с частицами цемента, плотно обросшими новообразованными продуктами гидратации в виде губчатых агрегатов из микрокристаллического вещества. Данной спецификой микроструктуры объясняется более высокая прочность цементного камня, с синтезированного при введении тонкомолотого цементного камня, и подтверждается роль этой добавки как центра кристаллизации продуктов гидратации [9].

При использовании минеральных добавок, в виду их высокой дисперсности, значительно увеличивается водопотребность бетонной смеси. Поэтому необходимо вводить в их состав суперпластификаторы, которые обеспечивают высокую подвижность и связность бетонных смесей при низких значениях водоцементного отношения, длительную сохраняемость их свойств [3; 6; 7]. Применение некоторых техногенных минеральных добавок требует значительных затрат на их помол. В частности, помол старого бетона – энергоемкий процесс.

Представляется целесообразным ограничить дисперсность молотого цементного камня из старого бетона до степени грубого помола.

Целью исследования являлось изучение влияния минеральной добавки на основе молотого цементного камня с удельной поверхностью 100 м2/кг на прочность тяжелого бетона с добавлением пластифицирующих добавок.

Материалы и методы исследования

Исследовано влияние содержания добавки молотого цементного камня (МЦК) с удельной поверхностью Sуд = 100 м2/кг на прочность тяжелого бетона, модифицированного поликарбоксилатным суперпластификатором Glenium® ACE 430 компании BASF [4] и пластификатором Кратасол на основе модифицированного лигносульфоната натрия производства ОАО «Пигмент» [8].

В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМI 42,5Н производства ЗАО «Ульяновскцемент». В качестве крупного заполнителя использовался плотный доломитовый щебень, с прочностью по дробимости 1200, состоящий из смеси двух фракций: 5/10 мм – 60 % и 10/20 мм – 40 % по массе. В качестве мелкого заполнителя применялся мелкозернистый природный кварцевый песок с модулем крупности Мк=1,9.

Смеси приготавливались в лабораторном смесителе. Суперпластификаторы вводились в бетонную смесь с последней третью воды затворения после 5-ти минутного перемешивания. После этого смесь дополнительно перемешивалась в течение 3 минут. Подвижность смесей определялась по осадке конуса.

Из подвижных бетонных смесей виброуплотнением, в течение 10 с, формовались образцы-кубы размерами 100×100×100 мм. В процессе твердения в нормальных условиях в возрасте 3, 7 и 28 суток на испытательном прессе периодически контролировалась их прочность на сжатие.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице представлены составы равноподвижных бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П3 (ОК=12±1см). Содержание молотого цементного камня в бетоне варьировалось от 5 до 15 % от массы цемента.

Анализ водопотребности равноподвижных бетонных смесей показывает, что увеличение содержания молотого цементного камня приводит к росту водоцементного отношения до 5 %. Скомпенсировать рост водопотребности бетонной смеси можно с помощью суперпластификаторов. Присутствие добавки Glenium® ACE 430, в количестве 1 % от массы цемента, уменьшает водопотребность бетонной смеси на 15 %. Добавка Кратасол, в количестве 0,4 % от массы цемента, позволяет снизить водоцементное отношение на 8 %.

Составы тяжелого бетона с добавками молотого цементного камня

состава

Составы тяжелого бетона,

кг/м3

Содержание добавок,

% от массы цемента

Водоце-ментное

отношение

Щебень

Песок

Цемент

МЦК

GleniumACE 430

Кратасол

1

1310

800

300

0

-

-

0,55

2

1310

800

300

5

-

-

0,56

3

1310

780

300

10

-

-

0,57

4

1310

760

300

15

-

-

0,57

5

1310

800

300

0

1

-

0,47

6

1310

800

300

5

1

-

0,47

7

1310

780

300

10

1

-

0,48

8

1310

760

300

15

1

-

0,50

9

1310

800

300

0

-

0,4

0,51

10

1310

800

300

5

-

0,4

0,52

11

1310

780

300

10

-

0,4

0,52

12

1310

760

300

15

-

0,4

0,53

Рис.1. Влияние содержания молотого цементного камня на прочность тяжелого бетона

На рисунке 1 приведено влияние содержания молотого цементного камня (МЦК) на прочность тяжелого бетона. Исследованиями установлено повышение прочности бетона при введении 5 % МЦК с 36,4 до 38,4 МПа. При этом отмечен рост водопотребности бетонной смеси. Повышение прочности можно объяснить как остаточной гидратационной активностью, так и наполняющим эффектом МЦК. При введении минеральной добавки в бетонную смесь возникает дополнительная поверхность раздела: «добавка – вода». На поверхности минеральной добавки отлагаются продукты гидратации цемента, а мельчайшие ее частички могут служить центрами кристаллизации [7; 9]. Дальнейшее увеличение содержания добавки свыше 5 % приводит к снижению прочностных показателей бетона, что обусловлено повышением водоцементного отношения равноподвижных бетонных смесей.

Рис.2. Влияние содержания молотого цементного камня на прочность тяжелого бетона, модифицированного добавкой Glenium ACE 430

На рисунке 2 показано влияние содержания молотого цементного камня на прочность тяжелого бетона, модифицированного поликарбоксилатным суперпластификатором Glenium ACE 430. Добавление суперпластификатора приводит к росту прочности состава с 23,4 до 25,8 МПа (на 10 %) в возрасте 3 суток; и с 36,4 до 41,6 МПа (на 14 %) – в возрасте 28 суток по сравнению с бездобавочным. В присутствии добавки Glenium ACE 430 также наблюдается рост прочности состава, содержащего 5 % МЦК. Совместное применение 5 % МЦК и добавки Glenium ACE 430 позволяет увеличить прочность на 27 % (с 36,4 до 46,1 МПа) по сравнению с бездобавочным составом. Повышение прочности объясняется уплотнением структуры и активизацией процесса гидратации цемента [7]. Дальнейшее повышение содержания МЦК приводит к повышению водопотребности составов и к понижению прочности.

Рис.3. Влияние содержания молотого цементного камня на прочность тяжелого бетона, модифицированного добавкой Кратасол

На рисунке 3 приведено влияние содержания МЦК на прочность тяжелого бетона, с добавкой пластификатора Кратасол на основе модифицированного лигносульфоната натрия. Добавление Кратасола приводит к росту прочности состава в среднем на 20 % по сравнению с контрольным бездобавочным образцом. При введении МЦК в составы, содержащие Кратасол, не наблюдается улучшение прочностных показателей бетонных смесей. Следовательно, нецелесообразно использование Кратасола в бетоне с добавками на основе МЦК.

Выводы

1. Исследованиями установлено повышение прочности непластифицированного бетона при введении 5 % молотого цементного камня с удельной поверхностью 100 м2/кг при одновременном росте водопотребности бетонной смеси. Повышение прочности бетона обусловлено как остаточной гидратационной активностью цементного камня, так и его наполняющим эффектом.

2. Установлен рост прочности бетона при совместном введении суперпластификатора Glenium ACE 430 и 5 % МЦК. Совместное применение 5 % МЦК и добавки Glenium ACE 430 позволяет увеличить прочность бетона на 27 % в сравнении с бездобавочным составом.

3. При введении молотого цементного камня в составы бетона, содержащие Кратасол, не наблюдается улучшение прочностных показателей бетонных смесей.

Рецензенты:

Краснов А.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;

Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Пенза.


Библиографическая ссылка

Анисимов С.Н., Кононова О.В., Минаков Ю.А., Лешканов А.Ю., Смирнов А.О. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА С ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИМИ И МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21276 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074