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

ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ МАЛОЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ С ДОБАВКОЙ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА

Минаков Ю.А. 1 Кононова О.В. 1 Анисимов С.Н. 1 Смирнов А.О. 1 Лешканов А.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Исследовано влияние микрокремнезема МК-85 на прочность модифицированного бетона с пониженным расходом цемента. Для модификации бетона применялся поликарбоксилатный суперпластификатор Glenium® ACE 430. Исследованы составы бетона, содержащие 150-210 кг/м3 цемента. Установлено, что применение микрокремнезема приводит к увеличению водопотребности равноподвижных бетонных смесей. Применение в бетоне суперпластификатора Glenium® ACE 430 сдерживает рост водопотребности бетонной смеси с микрокремнеземом. Поликарбоксилатный суперпластификатор Glenium® ACE 430, в количестве 1,5 % от массы цемента, снижает водопотребность бетонной смеси на 15-25 %. 10 % микрокремнезема от массы цемента в немодифицированных составах с расходом цемента 150 кг/м3 увеличивает прочность бетона на 13%. Совместное использование микрокремнезема и суперпластификатора Glenium® ACE 430 позволило получить бетон класса B25 при расходе цемента 210 кг/м3.
бетон
микрокремнезем
суперпластификатор
низкий расход цемента
подвижность
водопотребность
1. Батраков В.Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы //Строительные материалы.- 2006.-№ 10.- С. 4-7.
2. Гамалий Е.А., Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я. Структура и свойства цементного камня с добавками микрокремнезема и поликарбоксилатного пластификатора // Вестник ЮУрГУ. – 2009. - №16.- С. 29-35.
3. Добавки в бетон. Технический каталог; ноябрь, 2009.- М.: «BUSF ConstructionChemicals», 2009.- 136 с.
4. Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н. Кинетика набора прочности цементного камня с модифицирующими добавками //Цемент и его применение.- 2011.­ № 4.- С. 104-107.
5. 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// Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–9. – С. 1901-1905
6. Зоткин А.Г. Бетоны с эффективными добавками. Уч.-практич. пособие // Москва-Вологда: Изд. Инфра-Инженерия, 2014. – 160 с.
7. Синайко Н.П. Новые бетоны самоуплотняющегося типа. Добавки Relanorm и средства испытаний /Будiвельнiматерiaли, вироби та санiтарнатехнiка.- № 39.- 2011.- С.95.
8. Ушеров-Маршак А. В. Добавки нового поколения //Химические и минеральные добавки в бетон. - Харьков: Колорит, 2005. - С. 45-50.
9. Lothenbach, В. The influence of superplasticizers on the hydration of Portland cement / B. Lothenbach, F. Winnefeld, R. Figi // Proceedings of the 12th International Congress on the Chemistry of Cement. -Montreal, 2007.-P. 211-233.

Получение востребованных в современной строительной индустрии самоуплотняющихся бетонных смесей и бетонов с высокими физико-техническими и эксплуатационными характеристиками требует применения эффективных пластифицирующих и тонкодисперсных активных минеральных добавок [1,2, 4]. В качестве последних широко используются отходы и попутные продукты различных производств. Одной из таких минеральных добавок является микрокремнезем (МК).

МК состоит из частиц активного оксида кремния сферической формы и представляет собой побочный продукт производства ферросплавов. Средний размер частиц МК составляет 0,1…0,05 мкм, т. е. примерно в 100 раз меньше среднего размера частиц цемента. Благодаря столь большой дисперсности и аморфному состоянию, МК имеет высокую пуццолановую активность и является эффективным микронаполнителем [6].

Являясь активной минеральной добавкой, МК проявляет в бетоне два основных эффекта: микронаполняющий и пуццолановый. Основным аспектом первого считается заполнение его частицами в бетоне пустот между зернами цемента. Кроме того, мельчайшие зерна МК исполняют роль центров кристаллизации [6].

Пуццолановый эффект проявляется во взаимодействии МК с гидроксидом кальция, выделяемого при гидратации цемента. Образование прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция приводит к улучшению свойств цементного камня. В бетонах происходит существенное увеличение объема гелевых пор и снижение объема капиллярных пор, вследствие чего повышаются плотность, водонепроницаемость, морозостойкость [1, 6].

Применение МК целесообразно в комплексе с водоредуцирующими добавками, такими как суперпластификаторы (СП), поскольку МК, в виду своей высокой дисперсности, поглощает достаточно большое количество воды, и без СП весь эффект от активной минеральной добавки сводится к минимуму, а в ряде случаев приводит к снижению прочностных характеристик бетона [1, 2,5,6].

Новое поколение СП, полученных на базе поликарбоксилатных эфиров, обеспечивает высокую подвижность и связность бетонных смесей при низких значениях водоцементного отношения, длительную сохраняемость их свойств [1,7]. Для СП на основе поликарбоксилатов характерно наличие анионной основной и гидрофобной незаряженных боковых цепей, действие которых вызывает стерическое отталкивание частиц твердой фазы. Вид и длина основной, а также длина и частота расположения боковых цепей могут варьироваться у молекул различных СП, что позволяет результативно управлять процессами адсорбции этих СП на зернах вяжущего [2, 4,8, 9].

Целью исследования являлось изучение влияния содержания МК на прочность бетона с пониженным расходом цемента, модифицированного поликарбоксилатным СП Glenium® ACE 430 [3].

Материалы и методы исследования

Исследовано влияние содержания микрокремнезема МК-85 (ТУ 5743-048-02495332-96) на прочность бетона с пониженным расходом цемента, модифицированного поликарбоксилатным СП Glenium® ACE 430производства компании BASF [3]. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ I 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 природный мелкозернистый кварцевый песок с модулем крупности Мк=1,9.

Смеси приготавливались в лабораторном смесителе. Поликарбоксилатный СП Glenium® ACE 430 вводился в бетонную смесь с последней третью воды затворения после пятиминутного 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 100×100×100мм. В возрасте 3, 7 и 28 суток нормального твердения на испытательном прессе периодически контролировалась их прочность при сжатии.

Исследовались образцы бетона с расходом цемента 150, 180 и 210 кг/м3. Содержание МК варьировалось от 2 до 10 % от массы цемента. Содержание поликарбоксилатного СП Glenium® ACE 430 – 0 до 1,5 %.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице 1 представлены составы равноподвижных бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П3 (ОК=12±2см), а также результаты испытания бетонов.

Анализ водопотребности равноподвижных бетонных смесей показывает, что увеличение содержания микрокремнезема от 2 до 10 % приводит к повышению водоцементного отношения на 17-25 %. Скомпенсировать рост водопотребности бетонной смеси можно с помощью суперпластификатора Glenium ACE 430. Введение суперпластификатора на основе поликарбоксилатного эфира Glenium® ACE 430 в количестве 1,5 % от массы цемента в бетон, содержащий 10 % микрокремнезема, уменьшает водопотребность бетонной смеси на 15-25% в зависимости от содержания цемента. При введении суперпластификатора Glenium® ACE 430 в количестве 1,5 % и при повышении содержания микрокремнезема от 2 до 10% МК водоцементное отношение бетонной смеси с расходом цемента 180-210 кг понизилось в среднем на 10 %. Исследование кинетики роста прочности бетонов позволило выявить замедление роста прочности при содержании суперпластификатора в количестве 1,5 % от массы цемента в возрасте 3 суток.

На рисунке 1 показана диаграмма прочности при сжатии модифицированного бетона с расходом цемента 150 кг/м3 в возрасте 28 суток.

Результаты показывают, что повышение содержания МК с 2 до 10% в немодифицированных составах приводит к увеличению прочности на 13%. При этом водоцементное отношение равноподвижных смесей возросло с 0,64 до 0,75, то есть на 17 %.

Таблица 1

Предел прочности составов тяжелого бетона с микрокремнеземом

№ п/п

Расход материалов на 1 м3 бетона, кг/м3

Содержание добавок,

% от массы цемента

В/Ц

Средний предел прочности при сжатии, МПа

Щебень

Песок

Цемент

МК-85

Glenium ACE 430

3 сутки

7 сутки

28 сутки

1

1250

750

150

2%

0,00%

0,64

7,6

13

16,8

2

0,75%

0,63

9,3

14,6

19,2

3

1,50%

0,60

11,8

16,9

20,8

4

6%

0,00%

0,74

8,4

12,4

17,2

5

0,75%

0,71

9,8

11,9

20,4

6

1,50%

0,64

12,0

16,0

23,2

7

10%

0,00%

0,75

10,9

13,6

19,0

8

0,75%

0,72

11,6

15,6

21,4

9

1,50%

0,65

9,9

15,4

24,8

10

1250

750

180

2%

0,00%

0,65

15,3

20,0

23,4

11

0,75%

0,59

14,8

20,6

24,5

12

1,50%

0,55

10,9

18,7

25,2

13

6%

0,00%

0,66

12,2

15,2

23,7

14

0,75%

0,60

12,8

17,7

25,5

15

1,50%

0,57

12,7

17,3

26,4

16

10%

0,00%

0,69

12,3

18,6

24,3

17

0,75%

0,61

13,8

19,8

26,6

18

1,50%

0,57

13,0

16,4

27,9

19

1250

740

210

2%

0,00%

0,53

20,1

25,7

31,2

20

0,75%

0,50

19,2

27,0

32,7

21

1,50%

0,48

15,5

26,3

33,2

22

6%

0,00%

0,57

16,7

26,8

30,0

23

0,75%

0,52

19,2

25,8

33,0

24

1,50%

0,49

17,1

24,2

35,1

25

10%

0,00%

0,66

14,1

21,0

28,7

26

0,75%

0,53

18,5

25,1

33,6

27

1,50%

0,49

18,9

23,9

37,8

Повышение прочности можно объяснить микронаполняющим и пуццолановым эффектом минеральной добавки [6]. Отмечено интенсивное повышение прочности бетонов при введении суперпластификатора Glenium® ACE 430. Введение 1,5 % суперпластификатора и увеличение содержания микрокремнезема с 2 до 10 % позволило повысить прочность бетонной смеси от 24 до 30 %.

В составах с различным содержанием микрокремнезема влияние суперпластификатора на кинетику роста прочности идентично. Совместное применение 10% микрокремнезема и 1,5% суперпластификатора Glenium ACE 430 позволяет увеличить прочность в сравнении с контрольным составом на 48%.

Рис.1. Диаграмма прочности при сжатии бетона (МПа) с расходом цемента 150 кг/м3в возрасте 28 суток в координатах:

Х1 – содержание Glenium® ACE 430, в % от массы цемента

Х2 – содержание микрокремнезема МК-85, в % от массы цемента

Рис.2. Диаграмма прочности при сжатии бетона (МПа) с расходом цемента 180 кг/м3 в возрасте 28 суток в координатах:

Х1 – содержание Glenium® ACE 430, в % от массы цемента

Х2 – содержание микрокремнезема МК-85, в % от массы цемента

На рисунке 2 показана диаграмма прочности бетона при сжатии бетона с расходом цемента 180 кг/м3.

При повышении содержания микрокремнезема с 2 до 10 % в немодифицированных составах прочность бетона с расходом цемента 180 кг/м3 увеличивается незначительно – на 4%. В присутствии 1,5 %суперпластификатора Glenium® ACE 430 увеличение содержания МК от 2 до 10 % позволяет увеличить прочность бетонной смеси до 10%.

Введение в бетон, содержащий 2 % микрокремнезема, добавки Glenium® ACE 430 в количестве 1,5% от массы цемента позволяет увеличить прочность бетона на 8%.Совместное применение 10% микрокремнезема и 1,5% суперпластификатора приводит к повышению прочности бетона на 19%.

Рис.3. Диаграмма прочности при сжатии бетона (МПа) с расходом цемента 210 кг/м3 в возрасте 28 суток в координатах:

Х1 – содержание Glenium® ACE 430, в % от массы цемента

Х2 – содержание микрокремнезема МК-85, в % от массы цемента

На рисунке 3 показана диаграмма прочности при сжатии бетона с расходом цемента 210 кг/м3 в возрасте 28 суток.

При расходе цемента 210 кг/м3 при добавлении МК в составы без СП наблюдается снижение прочности до 8%, что обусловлено повышением водоцементного отношения равноподвижных бетонных смесей.

В присутствии 1,5 % суперпластификатора повышение содержания микрокремнезема от 2 до 10 % позволяет увеличить прочность бетонной смеси на 14% .

Комплексное использование 10% МК и 1,5% СП приводит к повышению прочности бетона на 21%.

Выводы

1. Установлено, что применение микрокремнезема приводит к увеличению водопотребности равноподвижных бетонных смесей. Применение в бетоне суперпластификатора Glenium® ACE 430 сдерживает рост водопотребности бетонной смеси с микрокремнеземом.

2. Поликарбоксилатный суперпластификатор Glenium® ACE 430, в количестве 1,5 % от массы цемента, снижает водопотребность бетонной смеси на 15-25 %.

3. 10% микрокремнезема от массы цемента в немодифицированных составах с расходом цемента 150 кг/м3 увеличивает прочность бетона на 13%.

4. Совместное использование микрокремнезема и суперпластификатора Glenium® ACE 430 позволило получить бетон класса B25 при расходе цемента 210 кг/м3.

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

Минаков Ю.А., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Смирнов А.О., Лешканов А.Ю. ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ МАЛОЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ С ДОБАВКОЙ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21300 (дата обращения: 18.09.2019).

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 = 1.252