Рассмотрена эффективность применения диатомита совместно с высокоэффективным суперпластификатором Melflux 5581 в качестве минерально-химической добавки для производства бетона. Показано, что с учетом высокой загущающей способности измельченного диатомита, а также высокой стоимости суперпластификатора, оптимальный расход минеральной добавки — 5–7 %.
Ключевые слова:диатомит, пуццолановая добавка, суперпластификатор, минерально-химическая добавка.
Основным трендом современного этапа развития портландцементных бетонов является совместное применение в их рецептуре химических и минеральных добавок. Целесообразность использования для таких комплексных модификаторов бетона термина минерально-химические добавки оправдана синергетическими эффектами, возникающими при использовании добавок различной природы. Применение одной из разновидностей таких комплексных добавок на основе микрокремнезема (МК) и суперпластификатора (СП) обеспечило за несколько последних десятилетий значительный рост прочности, долговечности, удобоукладываемости бетона. Благодаря совместному использованию СП и МК или других минеральных добавок были созданы новые высокотехнологические разновидности бетонов — высококачественные, ультравысококачественные, реакционно-порошковые и самоуплотняющиеся бетоны [1, 2].
Поиск новых и совершенствование существующих комплексных минерально-химических добавок — наиболее перспективное направление развития технологии бетона. Одной из важнейших задач этой работы является замещение в комплексных модификаторах бетона микрокремнезема на другие эффективные минеральные добавки. Важность этой работы связана с высокой рыночной стоимостью микрокремнезема и невозможностью увеличения объемов его производства. К числу наиболее эффективных минеральных добавок, способных заменить микрокремнезем, можно отнести золу-унос, метакаолин, доменный шлак и некоторые другие природные и искусственные алюмосиликатные материалы.
Традиционные пуццолановые добавки, такие как вулканические туф и пепел, а также кремнистые осадочные породы — опока, трепел и диатомит значительно уступают по эффективности микрокремнезему.
Низкая эффективность минеральных добавок на основе осадочных пород связана с их умеренной пуццолановой активностью и способностью значительно повышать водопотребность цемента, что приводит к загущению цементных систем, снижению прочности и долговечности бетонов и строительных растворов с такими добавками.
Наименее исследовано применение в качестве активной минеральной добавки диатомита, что связано со сложившимся мнением о его низкой реакционной способности по отношению к гидролизной извести [3], а также высокой водопотребностью, которая обусловлена микропористой структурой этой органогенной породы, представляющей остатки микрораковин с развитой внутренней поверхностью (рис. 1).
Рис. 1. Микроструктура диатомита [3]
В отличие от микрокремнезема, который является отходом производства на 5 металлургических предприятиях России и может поставляться в ограниченных объемах, запасы диатомита достаточно велики. Основные месторождения диатомитов в России находятся в Поволжском регионе (Инзенское, Сенгилевское, Атемарское, и др. месторождения), а также на Урале и в Сибири. Имеются месторождения диатомитов в Зауралье. Толщина слоя диатомита в песчаных и песчано-опочных породах может достигать 80…100 м и более.
Для производства строительных материалов могут использоваться отработанные фильтровальные порошки на основе диатомита, которые широко используются в пищевой промышленности.
Исследования влияния доли диатомита, измельченного до удельной поверхности 2000 м2/кг, в цементе на водопотребность равноподвижных цементных суспензий показали, что минеральная добавка повышает В/Ц приблизительно в 2 раза в непластифицированных смесях (рис.2.). Введение в состав смеси суперпластификатора Melflux 5581 устраняет этот негативный эффект. В соответствии с графиками на рис. 2 для получения равной с бездобавочным составом консистенции в смесь с 5 % диатомита достаточно ввести 0,25 % СП, а при содержании в смеси 10 и 15 % этой минеральной добавки необходимо повысить дозировку СП до 0,5 % и 0,75 %, соответственно.
Анализ зависимости водоредуцирующего эффекта СП от степени замещения цемента диатомитом для различных дозировок Melflux 5581 показывает, что максимальный водоредуцирующий эффект достигается при расходе диатомита около 5…6 % (рис. 3.).
Рис. 2. Влияние доли замещения цемента диатомитом на водопотребность цементной суспензии при различной дозировке СП Melflux 5581: 1 — без добавки; 2–0,25 %; 3 –0,5 %; 3 –0,75 %
Рис. 3. Зависимость водоредуцирующего эффекта СП Melflux 5581 от степени замещения цемента диатомитом для различных дозировок СП: 1–0,25 %; 2–0,5 %; 3–0,75 %
Результаты исследований показали, что введение в цемент диатомита, измельченного до высокой удельной поверхности, повышает водопотребность цементной суспензии приблизительно в 2 раза. Использование совместно с диатомитом добавки суперпластификатора позволяет получить равноподвижные с контрольным бездобавочным цементом смеси при расходе диатомита до 15 %. С учетом высокой загущающей способности измельченного диатомита, а также высокой стоимости суперпластификатора, оптимальным расходом минеральной добавки можно считать 5–7 %.
Загущение цементного теста при введении диатомита считается в традиционной технологии бетона негативным дополнительным эффектом. Однако при производстве самоуплотняющихся бетонов это свойство диатомита может быть использовано для снижения склонности бетонной смеси к расслоению и водоотделению.
Литература:
1. Баженов, Ю. М. Модифицированные высококачественные бетоны: монография / Ю. М. Баженов, В. С. Демьянова, В. И. Калашников. — М.: АСВ, 2006. — 368 с.
2. Баженов, Ю. М. Технология бетона: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по строительным специальностям / Ю. М. Баженов. — Москва: АСВ, 2007. — 524 с.
3. Дистанов, У. Г. Кремнистые породы СССР / У. Г. Дистанов, В. А. Копейкин, Т. А. Кузнецова [и др.]. — Казань, Татарское кн. изд-во, 1976. — 412 с.
