Пути повышения прочности и сульфатостойкости бетонов

Пути повышения прочности и сульфатостойкости бетонов

Садыхова Ализар Рза кызы,

аспирант, кафедра Строительные материалы, Азербайджанский Архитектурно-Строительный Университет, rahib36@mail.ru

Применяемые в последние годы в промышленности строительных материалов, микросилика является отходом металлургической промышленности, которая имеет высокую активность. Ее активность на 30% выше, чем активность минеральных добавок. В результате такого преимущества, в настоящее время микросилика широко используется при изготовлении высокопрочных бетонов в мировой практике. В данной статье дано описание проведенной работы по направлению повышения стойкости в агрессивных средах бетонов, полученных на основе обычного портландцемента с использованием химических и высокодисперсных добавок. Цель работы - получение высокосульфатного бетона на основе обычного портландцемента была достигнута изучением влияния микрокремнезема на сульфатостойкость цементного камня и модификацией портландцемента с микрокремнеземом и платифицируемых добавок. Проведенными исследованиями установлено, что при совместном использовании микросилики с суперпластификатором, прочность и сульфатостойкость цементного камня значительно повышаются.

Ключевые слова: бетон, портландцемент, суперпластификатор, сульфатостойкость, цементный камень, строительная технология.

Исследования показывают, что изменение в строительной технологии в начале III тысячелетия тесно связано с качественными показателями портландцемента и бетона. В начальный период цивилизации бетоны использовали древние египтяне, греки, римляне. В книгах Витрувия и Плини встречается информация об использовании льняного, животного масел и вины при изготовлении бетонов на основе извести и крупных заполнителей. Но, основная революция в технологии бетона реализовалась в 1824 году с изобретением портландцемента, когда и получение современного высокопрочного бетона стало возможным только на основе портландцемента и его разновидностей.

Происходящий прогресс в строительной технологии и повышенные требования к функциональным свойствам строительных материалов стали причиной в изменении свойства бетона.

Если в прошлом веке в мировой практике марки бетона, полученного в производственных условиях, была достигнута прочность до 40 МПа, теперь этот показатель доходит до 100 МПа.

В настоящее время в строительной технологии начали использовать высоко функциональные бетоны типа НРС (High Performance Concrete). Такие бетоны наряду с высокой прочностью при сжатии отличаются и высокой стойкостью к влиянию агрессивной среды и водонепроницаемостью.

Современный бетон уже не является традиционный состоящим из четырех компонентных материалов. Сегодня бетон является сложным композиционным материалом, состоящим из 7 компонентов - где каждый из компонентов играет многофункциональную роль. Этими компонентами являются - вяжущий материал, вода, крупный заполнитель, мелкий заполнитель, химические добавки и нанокомпо-ненты. Совместное использование этих компонентов в некоторых случаях могут изменять их обычные традиционные свойства.

Водоцементное отношение в современных бетонах приближаются к количеству гидратаци-онной воды. Использование химических добавок понижает реологические свойства воды. Одним из самых больших достижений в технологии бе-

О 55 I» £

55 П П Н

ы

а

s

«

а б

тона было разработано учеными Берлинского Университета.

Для изготовления бетона класса В85 (М1000) на 1 м3 смеси было использовано всего 250 кг цемента, зола унос и высокодисперсные частицы Centrilit Fume SX. Эти последние достижения технологии бетона были использованы и в промышленности строительных материалов Республики Азербайджана. В результате применения таких технологий в настоящее время в строительстве нашей Республики используются бетоны класса В75(ГОСТ 7473-2010) С60 (EN 206-1).

Применение гиперпластификаторов, наноча-стиц и других материалов в технологии современного бетона приближают возможности быть равным их прочности к прочности металлов. Невозможно улучшение и регулирование свойства бетона без модификаторов. Применение модификаторов один из самых основных факторов, реализующих возможности получения высокопрочного и высококачественного бетона.

Проведены работы в направлении повышения стойкости в агрессивных средах бетонов, полученных на основе обычного портландцемента с использованием химических и высокодисперсных добавок.

Цель проведенных работ - это получение высокосульфатостойкого бетона на основе обычного портландцемента. Для этого были поставлены следующие задачи:

- изучение влияния микрокремнезема на сульфатостойкость цементного камня;

- модификация портландцемента с микрокремнеземом и пластифицирующих добавок.

Известно, что бетоны, применяемые в строительстве гидротехнических сооружений, подвергаются влиянию сульфатов и других солей. Поэтому защита бетонных и железобетонных конструкции от сульфатных вод, является актуальной проблемой.

Применяемые в последние годы в промышленности строительных материалов, микроси-лика является отходом металлургической промышленности, которая имеет высокую активность. Ее активность на 30% выше, чем активность минеральных добавок. В результате такого преимущества, в настоящее время микроси-лика широко используется при изготовлении высокопрочных бетонов в мировой практике.

В наших исследованиях был использован обычный портландцемент класса СЕМ II/B-P 32,5N производства «Но1ст Azerbaycan». Были изготовлены образцы с использованием добавки микросилика и пластифицирующая добавка RHEOBUÍLD 1000T. Проверка на сульфатостой-кость проводится в 28 дневном возрасте после набирания марочной прочности.

После набирания марочных прочностей образцы выдерживались в течении 1, 3, и 6 меся-

цев в сульфатном растворе с концентрацией сульфатных ион 10 г/л. Влияние сульфатных солей на образцы определялись с изменением предела прочности на сжатие. То есть, коэффициент сульфатостойкости (КС) характеризуется соотношением предела прочности образцов, выдержанных в сульфатном растворе, к пределу прочности образцов, выдержанных в воде:

КС = ^ж.сульф.^сж.воде

Образцы, у которых коэффициент сульфатостойкости больше 0.85, являются сульфатостой-кими.

Результаты исследованных образцов (табл.1), показывают, что образцы без добавки микросили-ка потеряют свою прочность в значительной степени после выдержки в сульфатной среде в течение месяца. Через 3 месяца потеря повышается и через 6 месяцев коэффициент сульфатостойкости становится КС= 0.60. Это значит, что образцы потеряют 40% своей прочности.

Отсюда следует, что образцы, изготовленные без добавки микросилика, в значительной степени теряют свою прочность. Известно, что образованные при гидратации портландцемента Са(ОН)2, вступая в реакцию с сульфатными ионами, является причиной сульфатной коррозии и в результате чего снижается прочность цементного камня. У образцов с использованием добавки микросилика потеря прочности замечается в незначительной степени и это связано с заполнениями частицы добавок между цементной частицей и заполнителем. Размер частиц микросилика 50 раз меньше, чем частицы портландцемента. Микрочастицы ЭЮ2, вступая в реакцию с Са(ОН)2, образуют низкоосновные гидросиликаты кальция. Образованные кристаллы гидросиликатов кальция уплотняют структуру цементного камня, что не дает входить сульфатным ионам во внутрь цементного камня, тормозит обменную реакцию между гидратными соединениями с агрессивными средами. Одновременно, на уплотнение структуры цементного камня влияют и пластифицирующие добавки. Пластифицирующая добавка, уменьшая В/Ц отношение, еще более уплотняет структуры. Также пластифицирующая добавка повышает адгезию в контактной зоне между цементной частицей и заполнителем. Известно, что уменьшение пористости является самым эффективным способом при защите от коррозии цементного камня и бетона.

Доказательством образований низкоосновных гидросиликатов является и микрофотографии, полученные микроскопическим анализом цементного камня с добавки микросилика (рис.1).

Микросилика наряду с достоинством имеет и некоторые недостатки. Из-за очень высокой удельной поверхности микросилика повышает водопотребность бетонов (рис.2). При использо-

вании 10% микросилика от массы цемента на 1 м бетона количество воды повышается на 100 л.

Рис. 1. Микроструктура цементного камня с добавкой микросилика.

3 б Ю

Микооси-шка, %

Рис. 2. Влияние микросилики на нормальную густоту портландцемента.

С повышением количества микросилики повышается и нормальная густота цементного теста. Однако в результате исследований было доказано, что при совместном использовании микросилики с суперпластификаторами нормальная густота цементного теста значительно уменьшается. Также было изучено влияние на прочностные показатели комплексное использование добавок и результаты были приведены в таблице 1. Установлено, что через 6 месяцев предел прочности у образцов, изготовленных без добавки, составляет 41МПа, с добавкой 6% микросиликой - 49 МПа и с комплексной добавкой (микросилика и суперпластификатор) предел прочности составляет 58МПа (табл.1).

Таблица 1

Влияние комплексных добавок на прочностные характеристики цементного камня на основе Гарадаг Spesiale CEMII/B-P 32^

Состав образцов Предел прочности при сжатии, МПа КС

Время выдержки в сульфатном растворе,

месяц

1 3 6 1 2 3

ПЦ 28.5 26.0 25.2 0.83 0.65 0.60

ПЦ+ 6%MС 43.0 41.6 40.7 0.94 0.88 0.85

ПЦ+ 45.6 44.3 43.1 0.96 0.89 0.88

6%MС+0,5%СП

Из таблицы видно, что при совместном использовании микросилики с суперпластификатором, сульфатостойкость цементного камня значительно повысилась. Если использовать портландцемент без добавки, то коэффициент сульфатостойкости цементного камня составляет КС=0.60, а при использовании добавки микросилики составляет КС=0.85 и с использованием комплексных добавок сульфатостойкость цементного камня составляет КС=0.88.

Из проведенных опытов можно сделать выводы, что с использованием комплексных добавок можно получить не только высокопрочные, но и высокосульфатостойкие цементные камни и бетоны.

Литература

1. Diamond S., Penko M., "Alkali Silica Reaction Processes: The Conversion of Cement Alkalis to Alkali Hydroxide" ,G. M. Idorn Inter. Symposium, Durability of Concrete ACI SP-131, 1992.

2. MALHOTRA, V. M., 1997. Mineral Admixtures. Concrete Construction Engineering Handbook, Nawy Edward G. CRC Press, New York, pp.27-36.

3. Иманов А. М. Структурные связи, развиваемые минеральными компонентами активных добавок в цементном камне // Прикладная Химия АН СССР, Том XIX, 1976, №1.С.32-36.

Ways to improve durability and sulphat resistance of

concretes Sadikhova A.R.

Azerbaijan University of Architecture and Engineering Used in recent years in the building materials industry, microsilica is a waste of metallurgical industry, which has high activity. Its activity is 30% higher than the activity of mineral additives. As a result of such benefits, currently microsilica widely used in the manufacture of high-strength concretes in the world. There were held works in order to raise resistance in aggressive environments of concretes received on base of simple portlandcement by use of chemical and finely additives. The purpose of this study was to develop high sulfate concrete based on ordinary Portland cement was achieved at the study of influence of silica fume on sulphate resistance of the cement stone and the modification of Portland cement with silica fume and plasticizered supplements. It was set that by compatible use of microsilicy and superplasticizer, durability and sulphate resistance of cement stone significantly raised. Key words: concrete, portland cement, superplasticizer,

sulphate resistance, cement stone, building technology. References

1. Diamond S., Penko M., "Alkali Silica Reaction Processes: The

Conversion of Cement Alkalis to Alkali Hydroxide", G. M. Idorn Inter. Symposium, Durability of Concrete ACI SP-131, 1992.

2. MALHOTRA, V. M., 1997. Mineral Admixtures. Concrete Construction Engineering Handbook, Nawy Edward G. CRC Press, New York, pp. 27-36.

3. Imanov, AM Structural Relations Developed by Mineral Components of Active Additives in Cement Stone, Applied Chemistry, USSR Academy of Sciences, Vol. XIX, 1976, No. 1.C.32-36.

О R U

£

R

n