Получение высококачественного бетона с использование модификаторов структуры на основе отходов промышленности

Технология изготовления высококачественных бетонов основывается на управлении структурообразованием бетона на всех этапах производства и эксплуатации.

Прочность и стойкость бетонов зависят, главным образом, от объема и строения макропор в бетоне. При рассмотрении макроструктуры выделяют: крупный и мелкий заполнители, цементный камень и контактную зону между цементным камнем и заполнителем.

Возникновение контактной зоны между цементным камнем и заполнителем связано с тем, что в бетонной смеси зерна заполнителя разделяют цементное тесто на микрообъемы. В связи с этим формирование структуры цементного камня и контактной зоны происходит в тонких слоях. Заполнитель оказывает существенное влияние на распределение воды в бетонной смеси и формы ее связи.

Под влиянием поверхности заполнителя и за счет адсорбционных, молекулярных и капиллярных сил эти слои теряют подвижность. Толщина зоны взаимодействия зависит от свойств заполнителя и цемента и в среднем составляет около 10-15 мкм. Сращивание зерна заполнителя с цементным камнем связано с миграцией гидроксида кальция, образующегося при гидролизе трех- и двухкальциевого силиката, к поверхности зерен. В результате на поверхности зерен заполнителя образуются кристаллы Са(ОН)₂. По своему составу и свойствам контактная зона отличается от остального цементного камня, а прочность контактного слоя в бетоне плотной структуры более чем в 5 раз ниже прочности цементного камня.

Решить данную проблему и повысить стойкость бетона можно путем введения комплексных добавок на поверхность заполнителя, которые, взаимодействуя с гидроксидом кальция, изменяли бы характер и объем пор и заполняли бы контактную зону новообразованиями.

Введение супер- и гиперпластификатора при низких значениях В/Ц способствует образованию тонкозернистого геля, который быстрее и полнее заполняет меньшую первоначальную пористость твердой фазы при наличии тонкодисперсных добавок. Уменьшение размеров кристаллов цементного камня и его пор ведет к повышению прочности и стойкости материала. Гидратация цемента в стесненном и тонкораздробленном пространстве твердой фазы при низких значениях В/Ц и использовании тонкодисперсных наполнителей позволяет получать очень прочные бетоны, стойкие к различным внешним воздействиям.

Для получения высококачественных бетонов на основе высокоподвижных бетонных смесей особое значение имеет использование модификаторов структуры бетонов на основе отходов промышленности. Но так как техногенные отходы отличаются высокой неоднородностью и низкой химической активностью, необходима их специальная подготовка.

Для решения поставленной задачи необходимо подвергнуть наполнитель механохимической активации, для того что бы достигнуть полидисперсного увеличения удельной поверхности отходов, изменению структуры частиц на поверхности, образованию дополнительных дефектов в решетках минералов, которые ускоряют элементарные взаимодействия поверхностного слоя частиц, повышают их однородность и химическую активность.

В связи с этим для оптимизации состава и прогнозирования свойств высококачественных бетонов на основе высокоподвижных бетонных смесей необходимо установить зависимости свойств бетонных смесей и бетонов от параметров структуры, состава и технологических факторов.

Эмпирически с использованием математических методов планирования эксперимента были подобраны высокопрочные бетоны классом по прочности В40 и более, и подвергнуты ускоренным испытаниям на капиллярный подсос с целью определения капиллярной пористости как функции морозостойкости и определению температурно-влажностных деформаций с целью установления зависимости морозостойкости от «приведенного удлинения» в процессе замораживания и оттаивания.

Бетонные смеси имели осадку конуса 27-28 см, при расплыве конуса 60-62 см, расход добавки «Полипласт СП СУБ» составил 1,2% от массы цемента при расходе воды 200-205 кг/м³.

Результаты исследований бетонов на необработанном заполнителе, общей представлены в табл.1.

Таким образом, из данных табл.1 можно сделать вывод о том, что испытанные бетоны, удовлетворяющие требованиям по прочности и удобоукладываемости, не соответствуют требованиям к высококачественным бетонам по морозостойкости, которая должна быть не менее 400 циклов, что соответствует «приведенному удлинению» ε_пр не более 8,5*10^-5 см.

Таблица 1

Свойства бетонов на необработанном заполнителе

Таблица 2

Свойства бетонов на обработанном заполнителе

Для повышения всех изучаемых показателей свойств исследуемых бетонов был применен метод предварительной обработки заполнителя комплексной добавкой в активаторе. В качестве такой добавки был использован порошкообразный микрокремнезем (МК) совместно с гиперпластификатором «Полипласт СП СУБ».

Далее были проведены исследования прочности, пористости, процесса капиллярного всасывания и дилатометрические исследования бетонов на обработанных заполнителях.

Исследования, представленные в табл.2 показали, что прочность исследуемых составов бетонов повысилась на 19-23%, снизился коэффициент К (величина водопоглощения) на 16-20% и снизилось «приведенное удлинение» бетонных образцов при замораживании и оттаивании на 17-20%.

Все это свидетельствует о создании более прочной и плотной структуры бетона.