Влияние опоки и суперпластификатора на свойства цемента

Влияние опоки и суперпластификатора на свойства цемента

М. О. Коровкин, Н.А Ерошкина

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Пенза

Аннотация: Исследовано влияние дозировки измельченной опоки Пензенского месторождения и поликарбоксилатного суперпластификатора на свойства растворной составляющей бетона, приготовленного на основе смешанных цементов, включающих портландцемент, золу-унос, доменный шлак, микрокремнезем. Получены уравнения зависимости водопотребности и расслоения растворной составляющей бетона, а также ее прочности в различные сроки от дозировки суперпластификатора и компонентов смешанного вяжущего. Негативное влияние опоки на прочность значительно снижается при уменьшении водоцементного отношения.

Ключевые слова: смешанный цемент, опока, доменный шлак, зола-унос, суперпластификатор, водопотребность, расплыв конуса смеси, прочность.

Использование органоминеральных добавок позволило достичь значительного прогресса в технологии бетона. Эти модификаторы, состоящие из высокоактивных минеральных добавок (микрокремнезема, золы-уноса и др.) и суперпластификаторов (СП), обеспечивают существенное повышение технологических и эксплуатационных характеристик бетонов [16]. Для дальнейшего развития этого направления технологии бетонов необходима разработка добавок на основе дешевого, широко распространенного сырья, к числу которого относятся кремнистые горные породы осадочного происхождения - опока, диатомит, цеолиты [7-9].

Целью исследования являлось определение эффективности опоки Пензенского месторождения, измельченной до удельной поверхности 2100 м /кг, в качестве основы органоминеральной добавки. Было исследовано влияние степени замещения вяжущего опокой на консистенцию смесей и их прочность в различные сроки твердения.

Исследования проводились на растворной составляющей бетона при соотношении песка и цемента 1:1,33. Такое отношение является одним из условий получения самоуплотняющегося бетона [10]. В качестве заполнителя применялся кварцевый песок Мк = 2,1.

Для приготовления смесей использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5Н без добавки. Кроме того, на его основе готовились смешанные цементы с золой-уносом, доменным гранулированным шлаком, микрокремнеземом. Все перечисленные добавки, кроме микрокремнезема, измельчались до удельной поверхности 340-350 м /кг.

Смеси готовились с добавкой СП Glenium SKY 591, которая вводилась в дозировках 1,5 и 4,5 % от массы вяжущего.

Для каждого состава находились экспериментальные зависимости диаметра расплыва конуса (ГОСТ 320.4-76) смеси (РК) и прочности в различные сроки от водоцементного отношения (В/Ц). По полученным зависимостям вычислялись В/Ц отношения для получения РК 150 и 300 мм, а затем рассчитывались прочности составов с равной консистенцией.

Результаты определения влияния водоцементного отношения на расплавы конуса смеси через 15 минут после затворения для составов, приготовленных на портландцементе и цементе с 10 % шлака, приведены на рис. 1 и 2. На графиках нанесены экспериментальные значения и аппроксимирующие их линейные зависимости.

Рис. 1. - Влияние водоцементного отношения на расплыв конуса смеси, приготовленной на портландцементе с различным количеством добавки опоки при дозировке СП 1,5 % (а) и 4,5 % (б). Обозначения доли замещения цемента опокой: 1 - контрольный состав; 2 - 5%; 3 - 10%; 4 - 15%; 5 - 20%

а 300

Р.К., мм

250

200 150 100

0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.3 0.35 0.4 0.45

Рис. 2. - Влияние водоцементного отношения на расплыв конуса смеси, приготовленной на цементе, содержащем 10 % шлака с различным количеством добавки опоки при дозировке СП 1,5 % (а) и 4,5 % (б).

Обозначения доли замещения цемента опокой по рис. 1

С использованием полученных линейных зависимостей, аппроксимирующих экспериментальные данные, были рассчитаны водоцементные отношения (В/Ц), обеспечивающие получение расплывов смеси 150 и 300 мм. Результаты расчета приведены в табл. 1. В связи с тем, что введение микрокремнезема в смесь приводило к значительному загущению смеси даже при дозировке 5 %, исследования влияния опоки на свойства цемента с этой добавкой были прекращены на начальном этапе.

Таблица 1

Расчетные значения В/Ц для получения заданных расплывов смеси

Вид смешанного вяжущего СП, % Расплыв смеси, мм В/Ц смесей с различной долей (%) замещения цемента опокой

0 5 10 15 20

Бездобавочный портландцемент 1,5 150 0,433 0,444 0,473 0,486 0,503

300 0,539 0,559 0,595 0,603 0,629

4,5 150 0,310 0,313 0,325 0,338 0,349

300 0,390 0,403 0,410 0,421 0,433

Портландцемент с 10 % шлака 1,5 150 0,422 0,428 0,442 0,477 0,501

300 0,487 0,499 0,523 0,570 0,601

4,5 150 0,308 0,305 0,310 0,323 0,336

300 0,355 0,350 0,359 0,382 0,400

б

/  / /к.

2-Л у

/ а/

В/Ц

При увеличении доли замещения цемента опокой водопотребность смесей возрастает (см. табл. 1), что связано с высокой удельной поверхностью добавки и снижением плотности смеси. Кроме того, в смешанных цементах негативное действие опоки на водопотребность ниже, чем в портландцементе.

Для анализа влияния опоки на прочность цемента были найдены корреляционные зависимости между В/Ц и значениями прочностей в различные сроки. Полученные зависимости позволили рассчитать прочность составов с равной консистенцией, что более корректно при оценке влияния на свойства цемента минеральной добавки, чем сравнение составов с равными водоцементными отношениями. Результаты расчета прочности равноподвижных составов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные значения прочности в различные сроки равноподвижных составов

с минеральными добавками

Вид смешанного вяжущего СП, % Расп-лыв смеси, мм Продолжительность твердения, сут Прочность смесей с долей замещения ( опокой, М различной %) цемента Па

0 5 10 15 20

Бездобавочный портландцемент 1,5 150 3 28,5 28,4 23,4 23,0 18,3

28 57,6 51,4 48,3 45,4 41,4

300 3 22,0 21,4 17,3 17,3 14,5

28 47,7 42,5 36,3 36,4 26,5

4,5 150 3 49,8 56,3 44,2 39,2 36,2

28 82,7 83,9 78,7 75,4 70,0

300 3 39,3 40,3 33,9 31,1 27,2

28 63,3 62,0 62,6 59,8 50,7

Портландцемент с 10 % шлака 1,5 150 3 37,0 35,9 35,6 31,4 22,2

28 63,1 59,2 56,5 50,2 44,7

300 3 21,6 23,5 19,5 14,9 5,7

28 39,7 43,7 35,2 29,6 24,2

4,5 150 3 64,7 71,1 65,5 60,3 43,9

28 90,6 96,6 98,2 83,3 75,6

300 3 38,5 44,2 37,1 26,8 10,6

28 52,7 63,7 58,2 48,7 46,3

Данные в табл. 2 показывают, что при введении опоки в смесь с низким содержанием СП (1,5 %) происходит снижение прочности во все сроки твердения. При повышении дозировки СП до 4,5 % отмечается некоторое увеличение прочностных показателей при замещении 5-10 % цемента опокой. Повышение прочности в большей степени проявляется в составах с добавкой шлака, что свидетельствует о небольшом синергетическом эффекте совместного использования этих добавок с опокой.

Проведенные исследования показали, что при введении опоки в бездобавочный портландцемент и смешанные цементы на его основе в большинстве случаев происходит повышение водопотребности растворной смеси с добавкой СП. Однако при увеличении дозировки СП негативное воздействие опоки на подвижность смеси снижается.

Увеличение доли замещения цемента опокой до 5-10 % приводит к повышению прочности растворной составляющей бетона, приготовленного с использованием смешанного цемента, содержащего 10 % доменного гранулированного шлака или золы-уноса. При увеличении дозировки суперпластификатора эффективность опоки в качестве минеральной добавки повышается.

Литература

1. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И. [и др.]. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9-13.

2. Курочка П.Н., Гаврилов А.В. Бетоны на комплексном вяжущем и мелком песке // Инженерный вестник Дона, 2013, №1 URL:ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1562.

3. Sobolev K. Sustainable Development of the Cement Industry and Blended Cements to Meet Ecological Challenges // The Scientific World Journal. 2003. Nfo.3. pp. 308-318.

4. Иващенко Ю.Г., Козлов Н.А., Тимохин Д.К. Оценка влияния минеральных добавок природного и техногенного происхождения на кинетику формирования прочности мелкозернистого бетона // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Вып. № 3, Том 4. C.25-29.

5. Wang C., Yang C. H., Wan C. J., Tian Y.F. Comparison of Fluidity between Metakaolin and Silica Fume Concretes // Key Engineering Materials. 2011. Vol. 477. pp. 95-101.

6. Морозова Н.Н., Кайс Х.А. Получение высокопрочного мелкозернистого бетона с использованием природного цеолита // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 2 (36). С. 185-193.

7. 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.

8. Саидов Д.Х., Умаров У.Х. Влияние минерально-химических добавок на коррозионностойкость цементных бетонов с применением промышленных отходов // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 (25) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1634.

9. Морозова Н.Н., Кайс Х.А. О роли природного цеолита на прочность мелкозернистого бетона // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19, № 10. С. 64-68.

10. Okamura H., Ouchi M. Self-Compacting Concrete // Journal of Advanced Concrete Technjlogy. 2003. V.l, №1. pp. 5-15.

References

1. Kaprielov S.S., Travush V.I., Karpenko N.I. [i dr.]. Stroitel'nye materialy. 2008. № 3. pp. 9-13.

2. Kurochka P.N., Gavrilov A.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №1 URL:ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1562.

3. Sobolev K. The Scientific World Journal. 2003. Ш.3. pp. 308-318.

4. Ivashchenko Yu.G., Kozlov N.A., Timokhin D.K. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2010. Vyp. № 3, Tom 4. pp. 25-29.

5. Wang C., Yang C. H., Wan C. J., Tian Y.F. Key Engineering Materials. 2011. Vol. 477. pp. 95-101.

6. Morozova N.N., Kays Kh. A. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2016. № 2 (36). pp. 185-193.

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

8. Saidov D.Kh., Umarov U.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2 (25) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1634.

9. Morozova N.N., Kays Kh.A. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016. T. 19, № 10. pp. 64-68.

10. Okamura H., Ouchi M. Journal of Advanced Concrete Technjlogy. 2003. V. l, №1. pp. 5-15.