Разработка органоминеральных модификаторов для получения высокопрочных бетонов с компенсированной усадкой

ВЕСТНИК 1/2012

УДК 666.97

Нгуен Тхе Винь, Нгуен Динь Чинь, Ю.М. Баженов

ФГБОУВПО «МГСУ»

РАЗРАБОТКА ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ УСАДКОЙ

Приведены результаты разработки органоминеральных модификаторов с расширяющимся компонентом для высокопрочных бетонов. Изучено влияние разработанных модификаторов на подвижность, прочность и усадку цементного камня.

Ключевые слова: органоминеральный модификатор, метакаолин, суперпластификатор, С-3, лигносульфонат, ЭМБЭЛИТ.

Большое влияние на качество и долговечность бетонных и железобетонных конструкций и сооружений оказывают деформативные свойства бетона, которые зависят от его структуры, свойств используемых материалов, особенностей технологии и ряда других факторов [1]. Одним из эффективных способов улучшения деформативных свойств бетонов является введение расширяющих добавок, которые снижают суммарную усадку бетона в процессе твердения, а в ряде случаев даже способствуют его расширению.

В данном исследовании была поставлена задача получить тяжелые и мелкозернистые бетоны прочностью при сжатии от 40 до 60 МПа с улучшенными деформатив-ными характеристиками, путем введения органоминеральных модификаторов серии ЭМБЭЛИТ с расширяющимися компонентами.

Для оценки эффективности действия и выбора оптимального расширяющего компонента для получения бетонов с улучшенными деформативными свойствами были проведены предварительные испытания, в которых исследовались различные микронаполнители: микрокремнезем (МК), зола уноса (ЗУ), зола от сжигания рисовой шелухи (ЗРШ), метакаолин (МКЛ), метакаолин в комбинации с гипсом с отношением 1:1, минеральный порошок из известняковых пород (ИП) и минеральный порошок из отходов производства газобетонных блоков (ГП). При проведении испытаний 10 % цемента по массе заменялось различными микронаполнителями. Эффективность микронаполнителей в качестве расширяющихся компонентов оценивалась, прежде всего, по значению усадки цементного камня в возрасте от 1 до 28 сут, а также по значениям подвижности (расплыву мини-конуса Оверх = 35 мм, Онижн = 65 мм, к = 60 мм) и индексу активности. Водотвердое отношение для каждого состава составляло 0,4. Для увеличения пластичности цементного теста в каждый состав вводился суперпластификатор С-3 (ТУ 5870-005-58042865-05), в количестве 0,5 % от массы твердого вещества. Результаты испытаний по определению эффективности микронаполнителей приведены в табл. 1.

Анализируя результаты испытаний, приведенные в табл. 1, можно сделать вывод, что из всех представленных микронаполнителей наиболее подходящим в качестве расширяющегося компонента для высокопрочных бетонных смесей с компенсированной усадкой можно считать метакаолин, а также смесь метакаолина и гипса. Данные микронаполнители при добавке в цемент в количестве 10 % от массы способствуют расширению цементного камня до 0,2 и 0,26 мм/м, увеличивают подвижность цементного теста до 252,5 мм, а также увеличивают до 1,3 индекс активности. Из остальных добавок можно выделить золу уноса, которая приводит к снижению усадки до 0,04 мм/м, не снижает подвижности цементного теста и приводит к увеличению индекса активности до 1,1.

72

© Нгуен Тхе Винь, Нгуен Динь Чинь, Баженов Ю.М, 2011

Строительное материаловедение ВЕСТНИК

Табл. 1. Результаты испытаний по определению эффективности микронаполнителей

№ Состав цементного теста Усадка цементного камня, мм/м Р, И

1 день 2 дня 3 дня 7 дней 28 дней мм

1 Цемент 100% 0 -0,08 -0,13 -0,13 -0,17 192,5 1

2 Цемент + 10% МК 0 -0,13 -0,13 -0,21 -0,33 187,5 1,2

3 Цемент + 10% ЗУ 0 -0,04 -0,04 -0,04 -0,04 192,5 1,1

4 Цемент + 10% ЗРШ 0 -0,32 -0,36 -0,37 -0,38 155,0 1,1

5 Цемент + 10% МКЛ 0 0,10 0,16 0,18 0,20 252,5 1,3

6 Цемент + 10% (МКЛ+Гипс) 0 0,12 0,18 0,22 0,26 252,5 1,3

7 Цемент + 10% ИП 0 -0,08 -0,1 -0,15 -0,17 137,5 1,0

8 Цемент + 10% ГП 0 -0,09 -0,12 -0,16 -0,23 207,5 1,3

Примечание. Р — расплыв мини-конуса, И — индекс активности.

В дальнейших исследованиях были использованы комплексные органоминераль-ные модификаторы, в которых кроме лучшего расширяющего компонента (смесь ме-такаолина и гипса в отшении 1:1), также присутствовали пластификаторы (С-3 и лиг-носульфонаты технические жидкие (далее ЛСТ). Но результатам предварительных испытаний цементных паст на мини-конусе были назначены следующие дозировки суперпластификаторов в расчете на сухое вещество: для С-3 — 8 и 10 % от массы микронаполнителя, для ЛСТ — 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 %. В зависимости от состава модификаторы подразделяются на марки, в наименовании которых по аналогии с уже известными модификаторами серии ЭМБЭЛИТ первая цифра показывает процентное содержание органической части — суперпластификатора (от массы модификатора), вторая цифра через тире указывает долю минеральной части, представленной различными минеральными расширяющимися композициями (в данном исследовании в каждом составе 100, так как в каждом составе минеральная часть представлена только расширяющимя компонентом). Состав и обозначение комплексных органоминераль-ных модификаторов приведены в табл. 2.

Табл. 2. Состав комплексных органоминеральных модификаторов

Массовая доля, %

Минеральная часть Органическая часть

№ Обозначение Расширяющийся компонент Доля расширяющегося компонента, %

Мета-каолин Гипс С-3 лет

1 ЭМБ 8-100 46 46 92 8 —

2 ЭМБ 10-100 45 45 90 10 —

3 ЭМБ 1-100.Л 49,5 49,5 99 — 1

4 ЭМБ 1,5-100.Л 49,25 49,25 98,5 — 1,5

5 ЭМБ 2-100.Л 49 49 98 — 2

6 ЭМБ 2,5-100.Л 48,75 48,75 97,5 — 2,5

В дальнейших исследованиях оценивалась эффективность использования в органоминеральных модификаторах (серии ЭМБЭЛИТ) двух видов суперпластификаторов (С-3 и ЛСТ) с различным механизмом действия на цементную систему. Оценка эффективности суперпластификаторов проводилась по значению подвижности (расплыву мини-конуса) и прочности при сжатии в возрасте 28 сут. Образцы изготавливались из смеси цемента (90 %) и органоминерального модификатора (10 %) с постоянным во-доцементным отношением 0,35. В состав цементной системы суперпластификаторы

ВЕСТНИК МГСУ

1/2012

водили в растворенном виде вместе с водой затворения. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Табл. 3. Свойства цементного теста с органоминеральными модификаторами

№ Модификатор Подвижность, мм р, кг/м3 Л28, МПа

1 ЭМБ 8-100 210 2136 67,0

2 ЭМБ 10-100 215 2120 62,4

3 ЭМБ 1-100.Л 105 2195 61,0

4 ЭМБ 1,5-100Л 119 2200 66,4

5 ЭМБ 2-100.Л 122 2212 63,0

6 ЭМБ 2,5-100Л 140 2235 62,8

На основании данных результатов испытаний, приведенных в табл. 3, удалось установить, что из разработанных составов органоминеральных модификаторов наиболее эффективными по критерию прочности оказались составы ЭМБ 8-100 и ЭМБ 1,5100.Л, которые повысили прочность цементного камня до 67,0 и 66,4 МПа. При этом, данные модификаторы способствовали увеличению подвижности цементного теста (по значению расплыва мини-конуса) до 210 и 119 мм. Очевидно, что для получения высокоподвижных и литых бетонных смесей целесообразнее использовать модификаторы с пластификатором С-3 (ЭМБ 8-100 и ЭМБ 10-100), так как они имеют более значительный эффект пластификации, чем модификаторы на основе ЛСТ, которые рекомендуется примять для бетонных смесей с невысокой подвижностью.

Далее для определения оптимальной дозировки органоминеральных модификаторов для высокопрочных бетонов с компенсированной усадкой были проведены дополнительные исследования, в которых количество вводимой добавки двух видов модификаторов (ЭМБ 8-100 ЭМБ 1,5-100.Л) составляло 10, 15 и 20 % от массы цемента. Исследования проводили на цементных пастах с В/(Ц+модификатор) = 0,4, так как согласно приведенным выше данным, при этом водотвердом отношении независимо от состава минеральной части, эффективность выбранных органоминеральных модификаторов приблизительно одинакова. Результаты испытаний приведены в табл. 4 и на рис. 1 и 2.

Табл. 4. Свойства цементного камня с различными дозировками модификаторов

№ Обозначение Кол-во модификатора, % от массы цемента Подвижность, мм р, кг/м3 л28, МПа

1 ЭМБ 8-100 10 210 2136 67,0

2 ЭМБ 8-100 15 230 2213 64,1

3 ЭМБ 8-100 20 270 2210 61,2

4 ЭМБ 1,5-100.Л 10 119 2200 66,4

5 ЭМБ 1,5-100.Л 15 125 2205 70,1

6 ЭМБ 1,5-100.Л 20 129 2210 50,2

Согласно полученным данным, максимальная прочность при сжатии цементного камня с модификатором ЭМБ 8-100, достигается при его дозировке в количестве 10 % от массы цемента, и составляет 67,0 МПа. При повышении дозировки модификатора ЭМБ 8-100 до 20 % наблюдается незначительное снижение прочности при сжатии до 61,2 МПа, что обусловлено увеличением водоцементного отношения. При этом наблюдаются значительные изменения в значениях расширения модифицированного цементного камня в зависимости от дозировки: при добавке 10 % модификатора усадка к 30 суткам составляет 0,06 %, при 15 % — 0,22 % и при 20 % — 0,3 %.

74

ЯБН 1997-0935. УвзШк MGSU. 2012. № 1

Строительное материаловедение

ВЕСТНИК МГСУ

При использовании модификатора ЭМБ 1,5-100.Л максимальная прочность при сжатии цементного камня достигается при его дозировке в количестве 15 % от массы цемента, и составляет 70,1 МПа. Значения расширения при использовании модификатора ЭМБ 1,5-100.Л значительно меньше, чем при использовании ЭМБ 8-100 и к 30 сут достигают значений 0,01, 0,05 и 0,06 % при дозировке модификатора 10, 15 и 20 % соответственно.

Усадка, %

Рис. 1. Усадка цементного камня с различными дозировками модификатора ЭМБ 8-100: 1 — ЭМБ 8-100 в количестве 20 % от массы цемента; 2- ЭМБ 8-100 в количестве 15 % от массы цемента; 3 — ЭМБ 8-100 в количестве 10 % от массы цемента

Рис. 2. Усадка цементного камня с различными дозировками модификатора ЭМБ 1,5-100.Л: 1 — ЭМБ 1,5100.Л в количестве 20 % от массы цемента; 2 — ЭМБ 1,5-100.Л в количестве 15 % от массы цемента; 3 — ЭМБ 1,5-100.Л в количестве 10 % от массы цемента

Полученные экспериментальные данные о влиянии органоминеральных модификаторов серии ЭМБЭЛИТ с расширяющим компонентом на подвижность цементного теста, прочность и усадку цементного камня, позволяют рекомендовать их для применения при производстве бетонов с компенсированной усадкой. Варьирование вида и количества разработанных органоминеральных модификаторов в составах высоко-

ВЕСТНИГ 1/2012

прочных тяжелых и мелкозернистых бетонов позволяет управлять их деформациями расширения-усадки, получать высокоподвижные технологические смеси, и в результате улучшать деформационные свойства и долговечность конструкций и сооружений из данных видов бетонов.

Библиографический список

1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М. : Изд-во АСВ, 2007. 528 с.

Поступила в редакцию в декабре 2011 г.

Об авторах: Нгуен Тхе Винь — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-(909)-99-55-666, thevinh1982@mail.ru;

Нгуен Динь Чинь — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-(926)-561-82-98, trinh0902@yahoo.com;

Баженов Юрий Михайлович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой технологии вяжущих веществ и бетонов ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-(910)-409-78-71, thevinh1982@mail.ru.

Для цитирования: Нгуен Тхе Винь, Нгуен Динь Чинь, Баженов Ю.М. Разработка органоминеральных модификаторов для получения высокопрочных бетонов с компенсированной усадкой // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 72—76.

Nguyen The Vinh, Nguyen Dinh Trinh, Yu. M. Bazhenov

DEVELOPMENT OF ORGANIC-MINERAL MODIFIERS TO OBTAIN HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH SHRINKAGE COMPENSATED

The results of the development of organic-mineral modifiers to the increasing component for high-strength concrete. The effect of modifiers designed for mobility, strength and shrinkage of cement paste.

Key words: organic-mineral modifier, metakaolin, superplasticizer, C-3, lignosulfonate, EMBELIT.

Reference

1. Bazhenov Yu.M. Tehnologija betona [Concrete technology]. Moscow, 2007, 528 p.

A b o u t a u t h o r s: Nguyen The Vinh — PhD student at the Department Technology binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26, Jaroslavskoe shosse, Moskow, 129337, Russia, +7-(909)-99-55-666, thevinh1982@mail.ru;

Nguyen Dinh Trinh — PhD student at the Department Technology binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26, Jaroslavskoe shosse, Moskow, 129337, Russia, +7-(926)-561-82-98, trinh0902@yahoo.com;

Bazhenov Yuri Mihajlovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department Technology binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26, Ja-roslavskoe shosse, Moskow, 129337, Russia, +7-(910)-409-78-71.

For citation: Nguyen The Vinh, Nguyen Dinh Trinh, Bazhenov Yu.M. Razrabotka organomineral"nyh modifikatorov dlja poluchenija vysokoprochnyh betonov s kompensirovannoj usadkoj [Development of organic-mineral modifiers to obtain high-strength concrete with shrinkage compensated]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no 1, Pp. 72—76.

76

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 1