Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫЕ ПЕСЧАНЫЕ БЕТОНЫ И ФИБРОБЕТОНЫ

Калашников В.И. 1, 1 Володин В.М. 2 Ерофеева И.В. 1 Абрамов Д.А. 2
1 ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
2 Сверхпрочные Экономичные Бетоны, г. Ульяновск
В статье предложены многокомпонентные порошково-активированные самоуплотняющиеся песчаные бетоны с повышенным содержанием дисперсных и тонкозернистых компонентов на основе молотых и тонкозернистых кварцевых песков, увеличивающих содержание водно-дисперсной и водно-дисперсно-тонкозернистой суспензионной составляющих, усиливающих действие суперпластификаторов, превращающих бетонную смесь в саморастекающуюся, самонивелирующуюся под действием собственного веса и самоуплотняющуюся за счет всплывания воздушных пузырьков. Приведены основные физико-технические свойства порошково-активированных песчаных бетонов и фибробетонов нового поколения. Рассмотрено ускорение начального твердения бетонов при введении нанометрическихгидросиликатов кальция. Применение нанометрическихгидросиликатов кальция позволяет значительно ускорить набор прочности бетонов через 8–10 часов при нормальном твердении и осуществлять распалубку изделий. Приведены результаты гигрометрических свойства порошково-активированных песчаных бетонов и фибробетонов нового поколения.
наногидросиликаты кальция.
прочность
фибробетон
самоуплотняющийся бетон
дисперсные компоненты
многокомпонентный бетон
Высокопрочный бетон
1. Де Шуттер Г. Самоуплотняющийся бетон – путь в будущее // CPI. Международное бетонное производство. — 2013. - №3. — С. 40-45.
2. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения // Бетон и железобетон. — 2012. - № 1. — С. 82.
3. Калашников В.И. Морозостойкость окрашенных архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов / В.И. Калашников, О.В. Суздальцев, М.Н. Мороз, В.В. Пауск // Строительные материалы. — 2015. - № 3. — С. 16-19.
4. Калашников В.И. Наногидросиликатные технологии в производстве бетонов / В.И. Калашников, В.Т. Ерофеев, М.Н. Мороз, И.Ю. Троянов, В.М. Володин, О.В. Суздальцев // Строительные материалы. — 2014. - № 5. — С. 88-91.
5. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов // Популярное бетоноведение. — 2008. - № 3. — С. 102.
6. Калашников В.И. Порошково-активированные сверхвысокопрочныефибробетоны с улучшенной дуктильностью / В.И. Калашников, В.М. Володин, М.О. Коровкин, М.Н. Мороз // Материалы VIII Академических чтений РААСН – Международной научно-технической конференции. Механика разрушения строительных материалов и конструкций. — Казань: КГАСУ, 2014. — С.105-111.
7. Калашников В.И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения // Строительные материалы. — 2012. - № 10. — С. 70-71.
8. European Proect Group «The European Guidelines for Self – Compacting Concrete. Specification, Production and Use». Jjoint work by EFNAPC, BJBM, CEMBUREAU, EFCA, ERMACO. – May, 2005.
9. Russell, KG. Application of High-Strength Concrete in North America / KG Russell // George C. Hoff Symposium on High-Performance concrete and concrete for marine environ¬ment. Las Vegas. USA. – May, 2004.– PP. 1-16.
В последние годы во всех индустриально развитых странах расширяется применение высокопрочных и высококачественных многокомпонентных бетонов нового поколения [1, 8, 9] с прочностью на сжатие до 140-150 МПа, а фибробетонов – до 180-220 МПа, что позволяет существенно снизить материалоемкость и повысить долговечность конструкций зданий и сооружений по сравнению с конструкциями из обычных бетонов, выпускаемых в России в объемах 96-97%, с прочностью 20-40 МПа.

Фибробетоны удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение (с дуктильным характером разрушения), по трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости [6].

Переход на новые виды современных бетонов обусловлен высокими достижениями в области пластифицирования бетонных и растворных смесей и появлением наиболее активных пуццолановых добавок – микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. В последние годы при производстве высококачественных бетонов реализуется концепция использования реологически-активных мономинеральных и полиминеральных тонкодисперсных порошков микрометрического масштабного уровня на основе молотых горных пород.

Сочетание суперпластификаторов и особенно гиперпластификаторов на поликарбоксилатной и полигликолиевой основах с дисперсными порошками, позволяет снизить водоцементное отношение до 0,24-0,28 и получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси.

Многокомпонентность современных высококачественных бетонов требует системного подхода к выбору исходных компонентов для его приготовления с целью создания материала различного функционального назначения. Такой подход реализуется путем использования системы критериальных показателей оценки эффективности модифицирующих компонентов и пластифицирующих добавок с целью создания бетонов многофункционального назначения.

Состав и свойства самых распространенных песчаных бетонов (мелкозернистых или пескобетонов), производимых в России, не отвечают прогрессивным техническим и экономическим требованиям в связи с повышенным расходом портландцемента на один кубометр бетона при прочности его на сжатие (М150–М600). При этом удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии (, кг/МПа) находится в пределах 8–14 кг/МПа и более. Низкая прочность матрицы не позволяет получать высокоэффективные фибробетоны и экономить стальную фибру.

На основе теоретических представлений о возможности достижения максимальных водоредуцирующих эффектов суперпластификаторов в дисперсных цементно-водно-минеральных системах показано, что песчаный бетон нового поколения, кроме дисперсного цемента, должен дополнительно включать комбинацию дисперсных и тонкозернистых добавок: молотые природные пески (микрокварц), молотые горные породы вулканического происхождения, молотые известняки, тонкие природные пески или дробленые из горных пород, а также, при необходимости, реакционно-активные пуццоланические добавки, в частности микрокремнезем (МК) и при строго оптимальных соотношениях, совместно усиливающих реологическое действие суперпластификаторов или гиперпластификаторов.

Песчаные бетоны нового поколения должны быть 7-8-компонентными с четырех-пятикомпонентной водной порошково-активированной матрицей, не только с целью повышения прочности бетонов, но и для существенной минимизации расхода цемента, что позволяет называть такие бетоны порошково-активированными [7].

Соотношение компонентов по массе (, ,) и по объему (, , ) должно быть строго оптимизированным, как и значения условных реологических матриц первого рода () и второго рода () [3, 2].

Выявлено, что в разработанных 7-8-компонентных пластифицированных песчаных бетонах нового поколения путем оптимальных изменений соотношения дисперсных, тонкозернистого, грубозернистого минеральных компонентов, цемента и воды, при расходах цемента 190–720 кг/м3 достигнут низкий удельный расход цемента на единицу прочности 2,94–7,0 кг/МПа для классов бетона по прочности на сжатие В15-В120.

Новая рецептура порошково-активированных песчаных бетонов формирует в бетонной смеси две условные реологические матрицы, классифицируемые по масштабным уровням дисперсности и зернистости компонентов. Показано, что с использованием матриц первого и второго масштабного уровней можно определить условные реологические критерии, характеризующие степень раздвижки зерен тонкозернистого песка фр.0,16–0,63 мм, среднезернистого песка-заполнителя [2, 5]. Исходя из этого, топологическая структура порошково-активированного песчаного бетона характеризуется двумя коэффициентами раздвижки зерен, в отличие от бетонов старого поколения, где коэффициент один.

Впервые установлены численные значения безразмерных соотношений компонентов по массе и объему для 25 составов порошково-активированных песчаных бетонов, а также условные реологические критерии, позволяющие оценить по расходу цемента и свойствам бетона степень оптимальности подбора составляющих бетонов. Для наиболее оптимальных составов с расходами цемента 370–394 кг/м3 получены высокопрочные песчаные бетоны с прочностью до 98-134 МПа из самоуплотняющихся бетонных смесей для бетонирования монолитных конструкций и для заводской технологии сборного железобетона и фибробетона (таблица 1).

Таблица 1

Реотехнологические свойства самоуплотняющейся порошково-активированной песчаной бетонной смеси и физико-технические свойства бетона

Наименование компонентов

На 1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц, В/Т

ρ,

кг/м3

Прочность МПа,

Rиз/Rсж

через, сут.

 

1

7

28

 

ЦДС Цемент Красноярский ПЦ500 Д0 (Ц), МК Новокузнецкий 10% от ПЦ, ГП Melflux 5581F 0,9% от Ц

393,3

126,8

0,45

2350

 

 

 

0,75

1,44

2,44

5,9

26,4

65,5

10,1

98

 

 

 

39,3

 

3,4

 

 

17

 

3,1

 

Песок формо-вочный тонко-зернистый ЛГОК (ПТ), фр. 0,0-0,63мм.

567

214

 

Микрокварц ЛГОК (ПМ), Sуд = 4220 см2/г

295

111,3

0,078

 = 0,1

 

 = 4,0 кг/МПа;

 = 0,249 МПа/кг;

 = 38,9 кг/МПа;

Rи  / Rс = 0,103

 

Песок крупный (ПЗ) фр.0,63÷5мм: фр. 0,63÷1,25мм = 22%;

фр. 1,25÷2,5мм =19,5%;фр. 2,5÷5мм = 58,5%.

960,6

343,1

 

ОК = 27,5см

 

СV = 0,82

Купл =0,99

= 4,63

 

 = 2,05

= 1,94

 

ΣМсух.

ΣVсух.

Вода

2258,6

178

815,3

178

 

Мб.с.

2436,6

 

Vб.с

993,3

 

 

Впервые получен сверхвысокопрочный самоуплотняющийся порошково-активированный песчаный фибробетон с классом по прочности В150 и с расходом цемента 711 кг/м3( =3,6 кг/МПа), за счет порошковой и тонкозернистой активации его молотым кварцевым песком, МК, тонким песком фракции 0,16–0,63 мм с добавлением стальной фибры 3% и углеродных волокон 0,5% по объему бетона (таблица 2).

Таблица 2

Реотехнологические свойства самоуплотняющейся порошково-активированной песчаной фибробетонной смеси и физико-технические свойства фибробетона

Наименование

На

1 м3,

кг

ρ,

кг/м3

Прочность МПа,

Rиз/Rсж

через, сут.

1

7

28

Цемент белый Датский

СЕМ 52,5R

711,3

2491

0,4

0,9

0,6

1,9

19,9

89,2

34,7

160

44,3

198

Микрокварц ЛГОК (ПМ)

Sуд = 400м2/кг

284,5

В/Ц=0,29

В/Т=0,095

= 3,6 кг/МПа;

 = 0,278 МПа/кг;

 = 16,0 кг/МПа;

Rи  / Rс = 0,223;

= 9,0 кг/МПа

Песок формовочный ЛГОК(Пт), фр. 0,16-0,63мм

640

РКХегерманна 280×305 мм

Купл. = 0,99

СV = 0,78

Песок ‒ заполнитель (ПЗ)

фр. 1,25-2,5мм

422,3

Микрокремнезем

107

ГП Melfux 5581F

7,1

Углерод. волокна, 0,5% от V

9,0

Фибра стальная, 3% от V

236

ΣМсух. без фибры

               Вода

2172

207

Мб.с. с фиброй

2624

                       

 

Впервые изучены гигрометрические свойства порошково-активированных песчаных бетонов и фибробетонов. Для фибробетона усадка равна 0,22–0,30 мм/м; водопоглощение через 3 сут от 0,88 до 1,14% по массе, что позволило получить морозостойкость бетона F1000 без снижения прочности.

Показано, что введение в порошково-активированные песчаные бетоны разработанной нами нанометрической добавки гидросиликатов кальция [4], модифицированной ускорителем твердения и ингибитором коррозии стали, позволяет значительно ускорить набор прочности бетонов через 8–10 ч при нормальном твердении и осуществлять распалубку изделий (таблица 3).

 

Таблица 3

Прочностные свойства пластифицированного порошково-активированного песчаного бетона с добавкой нанометрическихгидросиликатов кальция и без неё

Наименование компонентов и их расход на 1 м3 бетона

В/Ц,

В/Т

ρ,

кг/м3

Консистенция

Прочность, МПа, через

6

час.

8

час.

10

час.

1

сут.

7

сут.

28

сут.

Контрольный состав

ПЦ 500 Д0

400

0,387

0,068

 

2370

 

ОК= 28см

 

0,1*

 

1,0

 

4,2

 

43,2

 

88

 

116

 

Микрокремнезем

40

Микрокварц

300

Песок тонкий фр. 0-0,63мм

560

Песок средний

975

Melflux 5581F

3,6

Вода

155

Состав с гидросиликатом

ПЦ 500 Д0

391

0,387

0,068

 

2360

 

ОК= 27см

 

3,2

 

10,6

 

18,2

 

44,4

 

86

 

110

 

Микрокремнезем

39,1

Гидросиликат кальция

9,2

Микрокварц

293

Песок тонкий

фр. 0-0,63мм

547

Песок средний

956

Melflux 5581F

3,5

Вода

152

* - пластическая прочность.

 

Как следует из таблицы, действие добавки гидросиликата кальция начинает заметно проявляться между шестью – десятью часами после приготовления смеси. Через 6 часов прочность превышает контрольную в 32 раза, через 8 часов – 10,6 раза и через 10 часов – в 4,3 раза. Через сутки твердения и в дальнейшем прочностные показатели постепенно выравниваются. Важно, что через 9-10 часов возможна распалубливание форм и обеспечение твердения изделий при температуре около 20 °С без проведения тепловлажностной обработки.

Комбинация реологически активных наполнителей микрометрического размера, таких как молотые горные породы, очень тонких песков, суперпластификаторов и наночастиц аморфного кремнезема, наночастицгидросиликатов кальция может вывести микронанотехнологии бетонов на новый, более перспективный этап беспропарочных и малопропарочных производств.

Полученные результаты работы получили внедрение в ООО «Эммануил» г. Красноярске и ООО «Новые технологии в строительстве» г. Москвы.

Рецензенты:

БузулуковВ.И., д.т.н., профессоркафедрыфизическойхимии,Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва, г.Саранск;

Люпаев Б.М., д.т.н., проф., зав. кафедрой автомобильных дорог и специальных инженерных сооружений, Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва, г.Саранск.

 


Библиографическая ссылка

Калашников В.И., Калашников В.И., Володин В.М., Ерофеева И.В., Абрамов Д.А. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ ПОРОШКОВО-АКТИВИРОВАННЫЕ ПЕСЧАНЫЕ БЕТОНЫ И ФИБРОБЕТОНЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20136 (дата обращения: 05.12.2021).

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