К вопросу повышения качества мелкозернистых бетонов на мелких песках

К вопросу повышения качества мелкозернистых бетонов на мелких песках

Е.А. Шляхова, А.И.Холостова

Одной из наиболее остро стоящей перед строительной индустрией в настоящее время проблемой является исчерпаемость и невозобновляемость природной базы для производства заполнителей. Возрастающие с каждым годом объемы гражданского и промышленного строительства требуют разработки и добычи все большего объема нерудных полезных ископаемых, которые служат сырьем для получения заполнителей. При производстве крупного заполнителя на дробильно-сортировочных заводах наносится существенный ущерб окружающей среде: в воздух и атмосферу попадают взвешенные вещества, такие как пыль, сажа и др. Эти выбросы в атмосферу или в воздух рабочей зоны производства приводят к загрязнению не только атмосферного воздуха, почвы, наземных и подземных вод, но и являются опасными для здоровья как рабочих, так и жителей близлежащих к производству населенных пунктов.

Одним из вариантов улучшения сложившейся ситуации является более масштабное применение в производстве сборного железобетона мелкозернистых песчаных бетонов, изготовление которых не требует использования крупного заполнителя. Мелкозернистые бетоны (далее МЗБ) отличаются от традиционного бетона более однородной плотной структурой, повышенной прочностью при изгибе, водонепроницаемостью и морозостойкостью, возможностью получения новых архитектурно-конструкционных решений и др.

Вместе с тем мелкозернистые бетоны имеют ряд таких недостатков как повышенный расход вяжущего вещества, рост водопотребности бетонных смесей, которые могут быть устранены введением дисперсных минеральных наполнителей различной природы [1, 2]. Обычно в качестве наполнителей используют побочные продукты различных производств. Промышленность строительных материалов дает возможность применять широкую гамму про-

мышленных отходов, решая при этом проблемы ресурсосбережения и охраны окружающей среды. К таким отходам относят золы тепловых электростанций от сжигания угля и рисовой шелухи, а также ферросилиций и ферросплавы.

Целью данного исследования является изучение возможности использования в качестве тонкомолотых минеральных наполнителей (далее ТМН) пылевидных отходов добычи и дробления опал-кристабаллитовых карбонат-но-кремнеземистых опок месторождений Ростовской области [3].

Изучению влияния ТМН на структуру и свойства цементного камня и бетона посвящено большое число работ в нашей стране и за рубежом.

Согласно Высоцкому С. А. [4], к минеральным наполнителям для бетонов, а также для вяжущих материалов относятся природные и техногенные вещества в дисперсном состоянии, преимущественно неорганического состава, нерастворимые в воде (основное отличие от химических добавок) и характеризуемые крупностью зерен менее 0,16 мм (основное отличие от заполнителей) [2].

Однако среди ученых нет единого мнения по механизму влияния минеральных наполнителей высокой дисперсности на структуру и свойства цементного камня и цементных бетонов. В частности, в последнее время активно дискутируется вопрос о природе так называемого «эффекта микронаполнителя», который выражается в повышении прочности при введении в бетон инертных ТМН, а также может являться частью эффекта гидравлически активных наполнителей [5].

Учитывая различные взгляды исследователей в этой области, принято решение исследовать микронаполняющий эффект при увеличении объемной концентрации тонкодисперсного наполнителя с целью снижения пористости цементного камня в бетоне, повышения прочности и трещиностойкости.

В качестве тонкодисперсной добавки использовалась карбонатно-кремнеземистая опока Масловского месторождения [3, 6]. Выбор добавки обусловлен тем, что порода широко распространена в нашем регионе, актив-

но разрабатывается для изготовления стеновых керамических материалов, месторождения разведаны и их разработка поставлена на промышленный поток.

Для выполнения эксперимента опока подвергалась дроблению в лабораторной щековой дробилке с последующим просевом на стандартных лабораторных ситах до полного прохождения через сито № 016 [4]. Для выполнения исследований был использован портландцемент ЦЕМ I 42,5Н по ГОСТ 31108-2003, местный кварцевый песок с модулем крупности Мк = 1,32.

Существуют различные подходы к решению задач по использованию ТМН. В исследованной литературе предлагаются следующие способы введения мелких наполнителей в состав бетонной смеси: а) добавка заменяет часть цемента [7]; б) добавка заменяет часть мелкого заполнителя; в) добавка частично меняет цемент, частично - мелкий заполнитель [8].

При замене добавкой части цемента исследования проводились на цементном тесте нормальной густоты, ТМН вводилась в количестве 5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Водопотребность оценивалась по стандартной методике ГОСТ 310.3-76*, результаты исследований представлены в таблице №1. Из теста нормальной густоты формовались образцы кубы 40*40*40 мм, после чего подвергались тепловлажностной обработке по стандартному режиму. Результаты испытаний приведены в таблице №1.

Таблица №1

Зависимость водопотребности теста «цемент-опока» и прочности камня

Маркировка состава Состав теста, % Водопотреб ность абсолютная, % Водопотреб ность относительная, % Rсж, МПа Яотн, %

опока цемент

К 0 100 32,50 100 73,1 100

1 5 95 33,50 103 62,6 86

2 10 90 34,25 105 57,3 78

3 15 85 35,50 109 52,0 71

4 20 80 35,75 110 39,8 54

5 25 75 36,00 111 41,2 56

Исследования показали, что заменяя добавкой равновеликую

массовую долю цемента (способ а) наблюдается рост водопотребности теста «цемент-опока», что в свою очередь приводит к снижению прочности образцов [9, 10].

Для оценки влияния замены части песка наполнителем, опока вводилась в состав мелкозернистой бетонной смеси в количестве от 0,2 до 0,7 весовых частей (далее в.ч.) от общего количества заполнителя. Подвижность смеси оценивалась на встряхивающем столике, диаметр расплыва стандартного конуса выдерживался постоянным и составлял 113 - 115 мм. Из полученных равноподвижных смесей формовались образцы балочки40*40*160 мм, после чего подвергались тепловлажностной обработке по стандартному режиму. Результаты испытаний приведены в таблице №2.

Таблица №2

Зависимость прочности мелкозернистого бетона от количества опоки

Маркировка Расход материалов, в. ч. В/Ц В/Т Диаметр расплыва, мм Rсж, МПа Яотн,%

цемент опока песок

К 1 0 4 0,55 0,55 115 38,9 100

1 1 0,2 3,8 0,58 0,48 114 50,8 131

2 1 0,3 3,7 0,60 0,46 114 55,3 142

3 1 0,4 3,6 0,64 0,45 114 57,6 148

4 1 0,5 3,5 0,66 0,44 115 55,6 143

5 1 0,6 3,4 0,69 0,43 113 47,7 123

6 1 0,7 3,3 0,71 0,42 114 41,5 107

При замене части песка опокой, возрастает водоцементное отношение смеси из-за высокой дисперсности добавки и микропористости ее зерен, однако, если считать добавку частью цементного теста и рассматривать не водоцементное, а водотвердое отношение, то оно снижается, при этом наблюдается прирост прочности относительно контрольного состава. На рисунке 1 приведена зависимость прочности образцов при сжатии от части тонкомолотого минерального наполнителя. Из рисунка видно, что в области 0,3 - 0,5 в. ч. находится оптимум замены части песка опокой, так состав 3 имеет значительный прирост прочности и составляет почти 50% по сравнению с контрольным составом.

Выполненная работа доказывает эффективность замены части песка путем введения в состав мелкозернистых бетонов на мелких некондиционных песках тонкомолотого минерального наполнителя - карбонатно-кремнеземистой опоки Масловского месторождения.

Рис. 1. - Зависимость прочности образцов от замены части песка опо-

кой

Литература:

1. Власов В.К. Механизм повышения прочности бетона при введении микронаполнителя //Бетон и железобетон. -1988.-№10.-С.9-11.

2. Каримов И. Влияние тонкодисперстных минеральных наполнителей на прочность бетона (Литературный обзор) [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.masterbetonov.ru/content/view/525/239 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. Рус

3. Котляр, В. Д., Братский Д.И., Устинов А.В. Вещественный состав и дообжиговые керамические свойства глинистых опок [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2010, №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/249 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. Рус

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

5. Несветаев Г.В., Та Ван Фан. Влияние белой сажи и метакаолина на прочность и деформационные свойства цементного камня [Электронный ре-

сурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4 (часть 1). - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1110 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. Рус

6. Шляхова Е.А., Мартемьянова Ю.Н. Искусственные минеральные добавки для производства цементов камня [Электронный ресурс] // «Науковедение», 2012, №4. - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/95trgsu412.pdf (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. Рус

7. Tavasci B. Cemento. - 1946-pp.36.

8. Зоткин А.Г. Микронаполняющий эффект минеральных добавок в бе-тоне//Бетон и железобетон .-1994.-№3.-С.7-9.

9. Каприелов С.С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов //Бетон и железобетон,-1995.-№6.-С.16-20.

10. Ronov A.B., Yaroshevsky A.A. Chemical composition of the Earth's crust. In: The Earth's Crust and Upper Mantle. Amer.Geophys.Union Geophysical Mono-graph 13. - Wash., D.C., 1969 -pp.97.