Влияние тонкомолотой цеолитсодержащей породы на свойства мелкозернистого бетона

Влияние тонкомолотой цеолитсодержащей породы на свойства мелкозернистого бетона

С.В. Дружинкин, Н.Г. Василовская, Е.А. Краснова, Д.А. Немыкина Сибирский федеральный университет, Красноярск

Аннотация: Изучено влияние тонкодисперсной цеолитсодержащей породы на свойства мелкозернистого бетона. Подобран оптимальный расход добавки, при котором повышаются прочностные характеристики.

Ключевые слова: мелкозернистый бетон, прочность при изгибе и сжатии, цеолитсодержащая порода, тонкодисперсный наполнитель, активная минеральная добавка.

В строительной индустрии очень важен вопрос снижения себестоимости продукта. Одним из хороших решений является применение минеральных добавок. Такие наполнители делятся на неактивные, активные, добавки, способные химически взаимодействовать с водой затворения и твердеть при нормальных условиях[1-4].

Форма, размер частиц, а так же их химическая активность минеральных порошков могут оказывать разное влияние на свойства цементного теста и цементного камня [5].

Анализируя выше перечисленные данные, целью работы является применение цеолитсодержащей породы в качестве тонкомолотой активной минеральной добавки и изучение ее влияния на физико - механические свойства мелкозернистого бетона.

В ходе проведения исследований в качестве тонкомолотой минеральной добавки использовали цеолитсодержащую породу Сахаптинского месторождения. Цеолиты являются каркасными алюмосиликатами и в отличии от силикатных имеют наиболее открытую кристаллическую решетку с высокими ионообменными свойствами [7,9].

В бетонах использование цеолита позволяет экономить до 20% цемента и 30% песка, при увеличении прочности на 6-14%. К тому же, цеолит улавливает в свою структуру гидроксид кальция, который выделяется при гидратации цемента, тем самым предотвращая разрушение цементного камня [10].

В результате проведения рентгенофазового анализа цеолитсодержащей породы (рис.1) было отмечено, что интенсивность пиков имеет место при d = 2,9775; 3,97, что указывает на наличие клиноптилолита, и при d = 2,74; 5,12; 7,924, соответствующая гейландиту; пики d = 2,13; 2,24; 2,28; 2,46; 4,25 соответствующие БЮ2

Химический состав цеолитсодержащей породы приведен в таблице 1.

В работе был использован портландцемент ЦЕМ I 32,5Н местного изготовителя ООО «Красноярский цемент».

В качестве мелкого заполнителя применялся природный песок Березовского месторождения модуль крупности которого составляет Мк = 3,0, содержание пылеватых и глинистых частиц 1,79%.

При введении в состав бетонной смеси цеолитсодержащая порода подвергалась дроблению в лабораторной щековой дробилке и дальнейшем помолу в механической ступке до полного прохождения через сито № 0,08, до удельной поверхности 3500 см2/г. Тонкомолотую добавку цеолитсодержащей породы вводили в количестве 5%, 10%, 15% от массы цемента.

Таблица 1

Химический состав цеолитсодержащей породы

Вид породы Содержание оксидов, %

8102 М2О3 Бе203 Т102 СаО

Цеолитсодержащая 66,11 11,85 3,05 0,34 2,27

порода Сахаптинского месторождения MgO N20 К2О Ашдр Сумма

1,66 0,63 3,20 10,89 100

Рис. 1. - Дифрактограмма цеолитсодержащей породы Сахаптинского месторождения: БЮг - кварц, Гл - гейландит, Кп - клиноптилолит, Мн -

монтмориллонит.

Свойства цементно-цеолитовых композиций композиций представлен в таблице 2.

Таблица 2

Свойства цементно-цеолитовых композиций

Состав композиции, % Нормальная густота, % Начало схватывания, час.-мин Конец схватывания, час.-мин

цемент цеолит

100 - 26,25 3 - 00 4 - 10

95 5 26,25 3 - 00 4 - 10

90 10 27,50 3 - 50 4 - 40

85 15 28,75 3 - 50 4 - 40

Анализируя полученные результаты можно сделать вывод, что введение цеолитсодержащей породы в количество 10 и 15 % приводит к повышению нормальной густоты, а также влияет на увеличение сроков схватывания цементно-цеолитовых композиции.

На основе полученных цементно-цеолитовых композиций готовили мелкозернистые бетоны у которых определяли физико-механические характеристики, отраженные в таблице 3 и на рис 2.

Таблица 3

Расход компонентов и результаты испытаний на прочность при изгибе

и сжатии

№ Расход компонентов на замес, г Плотность смеси, кг/м3 В/Ц Предел прочности при изгибе, Яизг, МПа Предел прочности при сжатии, Ясж, МПа

Цемент Песок Вода Цеолит. порода 7 сут 14 сут 28 сут 7 сут 14 сут 28 сут

1 500 1500 290 - 2125 0,52 4,83 5,95 7,41 27 35 39

2 475 1500 290 25 2152 0,53 5,12 6,75 7,51 26 36 45

3 450 1500 290 50 2118 0,64 5,86 6,97 8,08 29 36 44

4 425 1500 280 75 2095 0,66 5,43 6,47 7,73 25 35 43

Анализируя полученные данные можно судить о том, что тонкомолотая добавка цеолитсодержащей породы в количестве 5-15 % от массы цемента оказывает существенное влияние на прочностные характеристики мелкозернистого бетона увеличивая их на 15 %.

Рис. 2. - Влияние цеолитсодержащей породы на прочность мелкозернистого бетона: 1 - контрольный состав, 2 - добавка цеолитсодержащей породы 5%, 3 - добавка цеолитсодержащей породы 10%, 4 - добавка цеолитсодержащей

породы 15%

Вывод. Введение цеолитсодержащей породы в качестве активной минеральной добавки взамен части цемента способствует пуццолановому процессу, при котором в рыхлых высокопористых цеолитовых структурах происходит атака связи - О, кривые связывания извести имеют резкий подъем даже после кратковременного воздействия. Также происходит увеличение количества гидросиликатов типа С-Б-И. Происходит уплотнение структуры цементного камня. Это свою очередь приводит к повышению прочностных показателей.

Оптимальное введение тонкомолотой цеолитсодержащей породы в состав бетонной смеси является 5-10%. При этом наблюдается улучшение свойств мелкозернистого бетона, дальнейшее увеличение цеолитсодержащей породы приводит к повышению В/Ц, которая существенно не влияет на прочность затвердевшего бетона.

Литература

1. Шляхова Е.А., Шляхов М.А. Влияние вида минеральной добавки микронаполнителя на свойства мелкозернистого бетона // Инженерный вестник Дона,2015, №4. URL ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3394

2. Bapat, D. Performance of cement concrete with mineral admixtures / Advance in Cem. Res. 13. №4. - 2001. - рр. 139-155

3. Egorova A.D., Filippova K.E. Impact of zeolite-based nanomodified additive on the structure and strength of the cement stone. IOP Publishing Ltd. Materials Science and Engineering, Volume 71, conference 1. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/71/1/012027/pdf.

4. Высоцкий С.А. Минеральные добавки для бетонов // Бетон и железобетон. 1994. №2. С. 7-10

5. Гаврилов А.В., Курочка П.Н. Соотношение размера частиц в полидисперсных структурах как первый к оптимизации составов композиционных вяжущих // Инженерный вестник Дона,2013, №2 URL ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1596

6. Андреева А. В., Давыдова Н. Н., Буренина О. Н., Петухова Е. С. Влияние модифицированных минеральных добавок на прочностные свойства мелкозернистого бетона // Научный журнал КубГАУ,2014, №97(03). — 10 с.

7. Смола В. И., Ключанский Н.Г., Лобанов Д.А. Физико — химические и сорбционные свойства цеолитизированных пород Восточной Сибири. М., 1985. 42 с. - Деп. в ВИНИТИ, № 630-685.

8. Заболотская А.В. Технология и физико-химические свойства пористых композиционных материалов на основе жидкого стекла и природных силикатов: Дис. канд. техн. наук: 05.17.11, 02.00.01. Томск, 2003 149 с. РГБ ОД, 61:04-5/1222

9. Овчаренко Г.И., Свиридов В.Л., Казанцева Л. К. Цеолиты в строительных материалах. Барнаул: АлтГТУ, 2000. - 320 с.

10. Годовиков А. А. Минералогия. М.: Недра, 1975. - 519 с.

References

1. Shlyakhova E.A., Shlyakhov M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3394

2. Bapat, D. Performance of cement concrete with mineral admixtures. Advance in Cem. Res. 13. №4. 2001. рр. 139-155.

3. Egorova A.D., Filippova K.E. Impact of zeolite-based nanomodified additive on the structure and strength of the cement stone. IOP Publishing Ltd. Materials Science and Engineering, Volume 71, conference 1. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/71/1/012027/pdf.

4. Vysotskiy S.A. Beton i zhelezobeton. 1994. №2. pp. 7-10

5. Gavrilov A.V., Kurochka P.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1596

6. Andreeva A. V., Davydova N. N., Burenina O. N., Petukhova E. S. Nauchnyy zhurnal KubGAU, 2014, №97(03). 10 p.

7. Smola V. I., Klyuchanskiy N.G., Lobanov D.A. Fiziko - khimicheskie i sorbtsionnye svoystva tseolitizirovannykh porod Vostochnoy Sibiri [Physicochemical and sorption properties of zeolitized rocks of Eastern Siberia]. M., 1985. 42 p. Dep v VINITI, № 630 - 685.

8. Zabolotskaya A.V. Tekhnologiya i fiziko-khimicheskie svoystva poristykh kompozitsionnykh materialov na osnove zhidkogo stekla i prirodnykh silikatov [Technology and physico-chemical properties of porous composite materials based on liquid glass and natural silicates]: Dis. kand. tekhn. nauk: 05.17.11, 02.00.01 Tomsk, 2003. 149 p. RGB OD, 61:04-5/1222

9. Ovcharenko G.I., Sviridov V.L., Kazantseva L. K. Tseolity v stroitel'nykh materialakh [Zeolites in building materials]. Barnaul: AltGTU, 2000. 320 p.

10. Godovikov A. A. Mineralogiya [Mineralogy]. M.: Nedra, 1975. 519 p.