Мелкозернистые бетоны с комплексными упрочняющими добавками

Современные бетоны отличаются не только высокими показателями прочности, но и повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками. Такие бетоны находят применение в монолитном домостроении, где помимо прочности необходима высокая подвижность и однородность бетонных смесей [1]. Применение комплексных добавок на основе суперпластификаторов позволяет достичь требуемых свойств. В настоящее время наиболее предпочтительно использовать в качестве пластифицирующего компонента добавки на основе эфиров поликарбоксилатов [2], так как их отличает высокая пластифицирующая способность, при этом они дополнительно увеличивают сохраняемость бетонных смесей, что немаловажно при монолитном строительстве. В мелкозернистых бетонах из смесей высокой подвижности применение суперпластификаторов особенно эффективно, так как позволяют получить высокую прочность и низкую проницаемость [3,4]. Одним из путей увеличения эффективности бетонов является применение минеральных наполнителей в сочетании с суперпластификаторами. Поэтому целью нашей работы явилось исследование влияния комплексных добавок на основе эфиров поликарбоксилатов и наполнителей на прочность и пористость мелкозернистого бетона.

Материалы и методы.

В качестве вяжущего применяли портландцемент марки ПЦ 500 Д0-Н ГОСТ 10178-87 ОАО «Мордовцемент». В качестве заполнителя для приготовления мелкозернистого бетона использовали фракционированный песок с модулем крупности 2,6. Суперпластифицирующие добавки: добавки «ПОЛИПЛАСТ СП-1» (С-3), «MELFLUX 2651 F» и Glenium ACE 430F. В качестве минеральных наполнителей использовали молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 150 кг/м² и микрокремнезем марки МК-85. Состав мелкозернистого бетона Ц:П=1:3. Суперпластификаторы вводились в количестве 0,5% от массы цемента. Марка по подвижности бетонной смеси – П4.

Методы определения технологических свойств:

• определение марки по подвижности бетонной смеси ГОСТ 10181-2000.

Методы определения физико-механических свойств:

- прочность на сжатие образцов-кубов 10х10х10 см, изготовленных из тяжелого бетона, по ГОСТ 10180-90;

- водопоглощение на образцах 7,07х7,07х7,07 см по ГОСТ 12730.3-78;

- пористость по кинетике водопоглощения образцов 7,07х7,07х7,07 см по ГОСТ12730.4-78.

Бетонную смесь перемешивали в лабораторном смесителе принудительного действия ЛС-ЦБ-10.

Результаты и обсуждения результатов.

В настоящее время для получения бетона с высокими технологическими свойствами необходимо использовать химические добавки-пластификаторы. Известно, что для уменьшения расслоения и водоотделения можно использовать мелкодисперсный наполнитель [5].

В данной работе была исследована совместная работа гиперпластификаторов и мелкодисперсного наполнителя. Подвижность во всех составах была постоянной. Показано, что совместное использование молотого кварцевого песка в количестве 5% от массы цемента с пластификаторами Melflux 2651F, Glenium ACE 430 и С-3 приводит к значительному увеличению прочности мелкозернистого бетона (рис.1).

Рис. 1 Кинетика твердения мелкозернистого бетона с молотым кварцевым песком (S_уд = 150 м²/кг) и суперпластификаторами

Из рис. 1видно, что при введении любого из использованных пластификаторов, прочность на всех сроках твердения повышается. Наименьший прирост прочности наблюдается на С-3, а наибольший при использовании пластификатора Melflux 2651F. При совместном использовании молотого кварцевого песка и добавки Melflux 2651F прочность мелкозернистого бетона на 1 сутки повышается на 208%, а в возрасте 14 сут – на 89%.

Более эффективным минеральным наполнителем считается микрокремнезем [6]. Положительное влияние МК на структуру и физико-механические характеристики бетона обусловлено двумя причинами: пуццоланической активностью МК, а также высокой дисперсностью его частиц. Кремнезем вступает в реакцию с гидроксидом кальция, высвобождаемым в процессе гидратации силикатных фаз цемента, с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция. Высокая удельная поверхность микрокремнезема (13000-25000 м²/кг) интенсифицирует образование продуктов гидратации. Следовательно, совместное использование микрокремнезема в количестве 5% от массы цемента с пластификаторами Melflux 2651F, Glenium ACE 430 и С-3 должно увеличивать прочность мелкозернистого бетона.

Рис. 2 Кинетика твердения мелкозернистого бетона с микрокремнезем МК-85 и суперпластификаторами

Из рис. 2 видно, что пластификаторы Melflux 2651F и Glenium ACE 430F, показывают близкие значения прироста прочности бетона как в раннем, так и в более поздний период твердения. В возрасте 1 суток при использовании добавки Glenium ACE 430F прочность бетона возросла на 309 %, а при введении добавки Melflux 2651F на 338%, в возрасте 14 суток прирост прочности составил 88 и 90 % соответственно. Таким образом, лучше всего микрокремнезем работает с добавкой Glenium ACE 430F, так как по сравнению с молотым кварцевым песком прочность увеличилась более чем на 50%. Увеличение прочности песчаного бетона при введении добавок Glenium ACE 430F и Melflux 2651, обусловлено повышением прочности цементного камня и зоны его контакта с заполнителем, за счет снижения водоцементного отношения. Введение микрокремнезема в значительной степени снижает капиллярную пористость контактной зоны за счет резкого уменьшения общего содержания Сa(OH)₂. В то же время рост содержания CSH(1) в непосредственной близости от поверхности заполнителя положительно сказывается на свойствах контактной зоны.

Таким образом, использование пластифицирующих добавок не только увеличивает прочность мелкозернистого бетона, но и должно влиять на пористость, так как снижается водоцементное отношение, изменяется воздухововлечение смесей и контракция цементного камня. Оценку пористости мелкозернистого бетона с добавками суперпластификаторов, молотого кварцевого песка и микрокремнезема определяли по кинетике водопоглощения. Составы бетона соответствовали использованным ранее для оценки кинетики твердения. Результаты расчета показателей пористости представлены на рис.3. Введение суперпластификаторов совместно с наполнителями значительно снижает водопоглощение мелкозернистого бетона вследствие изменения характера порового пространства.

Рис. 3 Показатели пористости мелкозернистого бетона

Наименьший размер пор и капилляров наблюдается у составов мелкозернистого бетона с поликарбоксилатными суперпластификаторами и микрокремнеземом. При использовании добавки Melflux 2651F и микрокремнезема, средний радиус пор снизился в 4 раза, что позволит значительно снизить проницаемость бетона и увеличить его долговечность.

Выводы.

В результате проведенных исследований показана высокая эффективность совместного использования суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов и минеральных добавок. Применение добавки Melflux 2651F в сочетании как с микрокремнеземом, так и с молотым кварцевым песком позволяет увеличить прочность мелкозернистого бетона почти в два раза. При этом водопоглощение снижается в 2,5-3 раза, а средний радиус пор в 4 раза. Аналогичные результаты достигаются при применении добавки Glenium ACE 430F с микрокремнеземом.

Литература:

1. Чернышев Е.М., Коротких Д.Н. Высокотехнологичные высокопрочные бетоны: вопросы управления их структурой //Материалы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве SIB-2008», Том 1: Современные проблемы строительного материаловедения и технологии., Воронеж, 2008. – С. 616-620.

2. Морозов Н.М., Боровских И.В., Хозин В.Г., Авксентьев В.И., Мугинов Х.Г. Влияние компонентов песчаного бетона на воздухововлечение при его приготовлении // Известия КазГАСУ, 2011, №3. – С.129-133.

3. Львович К.И. Песчаный бетон и его применение в строительстве. – СПб.: Строй-бетон, 2007. – 320 с.

4. Мелкозернистые бетоны: Учебное пособие / Ю.М. Баженов, У.Х. Магдеев, Л.А. Алимов, В.В. Воронин, Л.Б. Гольденберг; Моск. Гос. Строит. Ун-т. М., 1998. – 148 с.

5. Дворкин Л.Н., Дворкин О. Л. Основы бетоноведения. – СПб.: Строй-бетон, 2006. – 691 с.

6. Морозов Н.М., Морозова Н.Н., Хозин В.Г. Дорожный песчаный бетон с активными минеральными добавками // Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения: Материалы Х академических чтений РААСН. – Пенза-Казань: КГАСУ, 2006. -С.299-301.