Введение
Рациональное применение местного минерального сырья для производства сухих строительных смесей актуально с точки зрения снижения их стоимости, так как значительно снижает транспортные расходы [1, 3, 4, 6]. Необходимый набор качественных характеристик строительного раствора обеспечивается оптимизацией состава по виду и содержанию основных компонентов и функциональных добавок: пластифицирующих, водоудерживающих, структурирующих и др. [5]. В частности, исследователи отмечают целесообразность применения полимерных модификаторов, обладающих способностью удерживать воду, что создает благоприятные условия для твердения строительных растворов. К ним относят водные эфиры целлюлозы [2]. Их влияние на водоудерживающую способность и прочность растворов необходимо оптимизировать с учетом применения местного сырья и содержания цемента. В ряде случаев, с целью улучшения фракционного состава заполнителя вместо того, чтобы увеличивать долю вяжущего, целесообразнее вводить минеральные наполнители – тонкодисперсные материалы с размером частиц 0,05…0,16 мм. Исследователи отмечают положительную роль дисперсных наполнителей как "затравок" кристаллизации новообразований в структуре строительных растворов [8]. Эффективность использования добавок минеральных наполнителей в составе строительных растворных смесей в значительной степени зависит от зернового состава песка, в частности от его модуля крупности [7]. Оптимальный с точки зрения формирования физико-технических свойств растворов гранулометрический состав заполнителя достигается, если его характеристика совпадает с «идеальной» кривой просеивания, соответствующей такому зерновому составу заполнителя, у которого упаковка зёрен наиболее плотная.
Целью исследования являлось снижение стоимости и повышение качества строительных растворов на основе местного минерального сырья за счет использования органических модификаторов и минеральных наполнителей с учетом модуля крупности песка и расхода цемента.
Задача исследования состояла в изучении закономерностей формирования свойств растворных смесей, приготовленных на песке с различным модулем крупности, под влиянием метилцеллюлозы и карбонатного наполнителя.
Методика и применяемые материалы
В качестве минерального наполнителя применялся карбонатный наполнитель, полученный помолом местных карбонатных пород до удельной поверхности 350 м2/кг. В качестве модифицирующей добавки использовалась метилцеллюлоза, соответствующая требованиям ТУ 6-05-1857-78. Исследования выполнены с применением двух партий портландцемента производства ОАО «Мордовцемент» ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003. В качестве мелкого заполнителя в составах строительных растворов применялись природные кварцевые пески республики Марий Эл с модулем крупности 1,43…2,41. Изучено влияние метилцеллюлозы и карбонатного наполнителя на формирование водоудерживающей способности, расслаиваемости растворных смесей, а также прочности растворов при сжатии. Исследования свойств выполнялись по методике ГОСТ 5802-86 на равноподвижных смесях с подвижностью 7…8 см (марка Пк2).
Результаты исследования и их обсуждение
Влияние добавки метилцеллюлозы на свойства растворных смесей выполнено при ее введении в количестве до 0,06 % от массы цемента. При варьировании модуля крупности песка в пределах 1,43…2,41 в составах растворов с массовым соотношением Песок: Цемент =9…11 были получены растворные смеси с высокой водоудерживающей способностью (ВУС) 98…96 %. Установлено, что в присутствии добавки метилцеллюлозы эта высокая ВУС сохраняется.
На рисунке 1 приведены результаты исследования влияния добавки метилцеллюлозы на прочность растворов при сжатии. Результаты получены в процессе реализации трехфакторного математического плана эксперимента. Фактор Х1 – соотношение Песок: Цемент варьировалось в диапазоне 9…11:, что соответствует изменению расхода цемента в составах – от 150 до 180 кг/м3 раствора. Фактор Х2 – содержание метилцеллюлозы изменялось в диапазоне от 0 до 0,06 % от массы цемента. Фактор Х3 – модуль крупности песка варьировался от 1,43 до 2,41.
Рисунок 1. Предел прочности при сжатии строительного раствора, МПа, в зависимости от модуля крупности песка Мкр и содержания метилцеллюлозы МЦ: 1, 2 –Мкр= 1,43; 3, 4 – Мкр=2,41; 1, 3 – МЦ=0,06%; 2, 4 – МЦ= 0
Анализ полученных результатов, позволяет сделать вывод о том, что добавление метилцеллюлозы в составы растворных смесей марки М25 при использовании мелкозернистого песка с модулем крупности 1,43 (составы 1 и 2) и при постоянном соотношении Песок: Цемент практически не приводит к снижению прочности растворов. Таким образом, экономичные составы модифицированных растворов марки М25, с добавкой метилцеллюлозы можно получить на мелкозернистом песке с модулем крупности до 1,43, что способствует рациональному использованию мелкозернистых природных песков в регионе. Экономичные по расходу цемента составы растворов марок М 35 и выше требуют увеличения модуля крупности песка.
На рисунке 2 представлены результаты исследования влияния добавки карбонатного наполнителя на прочность при сжатии раствора, выполненные также в рамках трехфакторного эксперимента с математическим моделированием прочности раствора от трех переменных параметров: Х1 – соотношения Песок : Цемент в диапазоне от 9 до 11; Х2 - содержания карбонатного наполнителя в пределах от 0 до 20 % массы цемента, и Х3 – модуля крупности песка – от 1,43 до 2,41.
Рисунок 2. Предел прочности при сжатии строительного раствора, МПа, в зависимости от модуля крупности песка Мкр и содержания карбонатного наполнителя КН: 1, 2 – Мкр= 1,43; 3, 4 – Мкр=2,41; 1, 3 – КН=0 %; 2, 4 – КН= 20%
Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что для исследуемых составов растворов на песке с модулем крупности 2,41 при постоянном соотношении Песок: Цемент дополнительное введение карбонатного наполнителя в количестве 10…20 % от массы цемента в растворы марки М35 (при соотношении П:Ц=9…10) не снижает их прочности. ВУС этих составов достаточно высока – 96…98 %. В составах растворов, не содержащих карбонатного наполнителя, повышение модуля крупности песка и соотношения Песок/Цемент при сохранении прочности составов повышается расслаиваемость растворных смесей. На рисунках 3 и 4 представлены результаты исследования расслаиваемости растворных смесей с добавками метилцеллюлозы и карбонатного наполнителя.
Рисунок 3. Расслаиваемость растворных смесей в зависимости от модуля крупности песка Мкр и содержания метилцеллюлозы МЦ: 1, 2 –Мкр= 1,43; 3, 4 – Мкр=2,41; 1, 3 – МЦ=0 %, 2, 4 – МЦ= 0,06 %
Рисунок 4. Расслаиваемость растворных смесей в зависимости от модуля крупности песка Мкр т содержания карбонатного наполнителя КН: 1, 2 –Мкр= 1,43; 3, 4 – Мкр=2,41; 1, 3 – КН= 0%, 2, 4 – КН= 20%.
Установлен существенный рост расслаиваемости растворных смесей без добавок при повышении модуля крупности песка от 1,43 до 2,41 и при увеличении соотношения Песок: Цемент от 9 до 11. Положительное влияние метилцеллюлозы на снижение расслаиваемости растворных смесей возрастает с понижением модуля крупности песка.
При использовании мелкозернистых песков с модулем крупности 1,43…1,92 и при добавлении метилцеллюлозы при соотношении Песок: Цемент=11 получены растворы марки М25 с высокой ВУС порядка 97-98 %. Их расслаиваемость за счет введения 0,06 % метилцеллюлозы была понижена с 6 до 2 %.
Результаты исследования показали, что увеличение модуля крупности песка повышает расслаиваемость растворных смесей. Карбонатный наполнитель является полезной добавкой с точки зрения снижения расслаиваемости в исследуемых составах с соотношением Песок: Цемент = 9…11.
Полученные результаты позволяют рекомендовать применение местных природных кварцевых песков с учетом их модуля крупности для получения качественных растворных смесей с добавками метилцеллюлозы и карбонатного наполнителя, отличающиеся высокой водоудерживающей способностью и низкой расслаиваемостью.
Общие выводы
-
Повышение модуля крупности песков в исследуемых составах растворных смесей приводит не только к росту прочности, но и повышает расслаиваемость растворных смесей.
-
Применение добавок метилцеллюлозы и карбонатного наполнителя во всех случаях снижает расслаиваемость растворных смесей и способствуют рациональному применению в растворах песков с различным модулем крупности.
-
Добавка метилцеллюлозы позволяет более эффективно использовать очень мелкие пески с низким модулем крупности (1,43-1,5) в составах низкомарочных растворов (М25). Добавление метилцеллюлозы до 0,03- 0,06 % в растворную смесь при соотношении П:Ц=11 не снижает их прочности, сохраняет высокие показатели водоудерживающей способности растворных смесей и существенно снижает их расслаиваемость.
-
Применение карбонатного наполнителя в количестве 10…20% от массы цемента, рекомендуется для растворов марки М35, приготавливаемых на среднезернистом песке с модулем крупности 1,92-2,41. Это обеспечивает при соотношении П:Ц=11 повышение качества составов по водоудерживающей способности и нерасслаиваемости при сохранении прочности.
Рецензенты:
Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Краснов А.М., д.т.н., профессор кафедры строительных материалов и технологии строительства ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Библиографическая ссылка
Кононова О.В., Чегаева А.И. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНОМ МОДУЛЕ КРУПНОСТИ ПЕСКА // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13706 (дата обращения: 10.05.2025).