23 февраля 2016г.
На сегодняшний день по уровню технических и экономических показателей бетона и железобетона занимает приоритетное место в структуре мирового производства строительной индустрии. В последние годы во всех индустриальных развитых странах расширяется применение высокопрочного бетона, прочность на сжатие которого выше 60 МПа, что позволяет существенно снизить материалоемкость и повысить долговечность конструкций, зданий и сооружений по сравнению с конструкциями из обычного бетона прочностью 20-40 МПа.
К сожалению, в России бетоны высокой прочности недостаточно востребованы. В ближайшем будущем произойдет постепенное замещение обычных традиционных бетонов - высококачественными и высокопрочными. Проблемы и вопросы, связанные с совершенствованием технологии получения высокоактивных цементов, технологии обогащения заполнителей, а следовательно, получение высокопрочных бетонов – задача актуальна, требует своего решения для каждого региона страны [1]. К настоящему времени накоплен большой мировой опыт производства высококачественных бетонов, отечественный опыт, который необходимо реализовать в практике своего региона.
В Хакасии Департаментом градостроительства, архитектуры и землеустройства принято решение о строительстве двух девятнадцатиэтажных и двух семнадцатиэтажных домов в г.Абакане. Напрашивается вывод – какую технологию выбрать: традиционную, применяемую до сегодняшнего дня или рассмотреть новые технологии, позволяющие строить жилье из высококачественного бетона, применяя доступные вторичные ресурсы (например, отходы Новокузнецкого ферросплавного производства, в качестве активных микронаполнителей)
Микрокремнезем (далее МКЗ) представляет собой ультрадисперсный материал, улавливаемый рукавными фильтрами газоочестных установок, ферросплавного производства.
Основным компонентом ультрадисперсных отходов является диоксид кремния аморфной модификации SiO2.
Средняя плотность частиц микрокремнезема 2,2 г/см3 (цемента 3,1 г/см3), насыпная плотность 0,15-20 г/см3, размер зерно менее 0,1-0,5 мкн (в 100-150 раз меньше размера частиц цемента) удельная поверхность 200000-250000 см2/г (цемента 3600 см2/г). Содержание оксида кремния в МКЗ достигает до 90,7-96,0%. Среди других составляющих преобладают оксиды кальция, магния, железа. В настоящее время микрокремнезем уплотняют до удельной поверхности 15 м2/г.
Химический состав предопределен номенклатурой ферросплавов, выплавленных в печах. Согласно сертификата № 12851 в Табл.1 приведены составы отходов микрокремнезема конденсированного уплотненного по ТУ 5743-048-02495332-96.
Таблица 1
Химический состав МКЗ.
|
SiO2
|
П.П.П.
|
Н2О
|
Na2O
|
K2O
|
CaO
|
SO3
|
Пл. насып
|
Уд. Поверх частиц.
|
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
т/м3
|
м2/г
|
|
90
|
2,5
|
0,26
|
1,26
|
1,85
|
0,44
|
0,7
|
0,4-0,6
|
15
|
Проведены исследования влияния МКЗ на цементный камень, применяя цемент марки 400 (Ачинского, Топкинского завода г.Кемерово).
На Рисунке 1 приведены результаты определения СаО в образцах цементного камня в зависимости от условий твердения и дозировки МКЗ.
Результаты свидетельствуют
о том что, независимо от условий
твердения, по мере увеличения дозировок МКЗ количество свободной
извести в образцах
цементного камня сокращается. Практически при дозировке выше 30% от массы цемента,
приводит к тому, что эта дозировка является
порогом эффективности МКЗ.
Изучались сроки схватывания и нормальная густота
цементного теста.
Испытывали комплексное вяжущее, под которым
подразумевается смесь
цемента и МКЗ. Дозировки МКЗ в составе
вяжущего – 0, 10, 20, 30, 40% от массы вяжущего.
Таким образом, во всех образцах
частиц цемента (за исключением контрольного образца с дозировкой 0%) замещалось разным
количеством МКЗ. Проведены три серии испытания
с применением разных цементов:
1 - портландцемента М400 Ачинского
завода с НГ теста = 27,75%;
2 - портландцемента М400 Топкинского завода с НГ теста = 27,50%;
3
- портландцемента без минеральных добавок
(клинкерного) М400 Красноярского завода с НГ теста = 24,25%.
При изучении влияния микрокремнезема разных дозировок на ряд свойств цементного теста были рассмотрены такие его показатели помимо густоты, срока схватывания, кинетики нарастания пластической прочности
и др. Введение различных количеств микрокремнезема сопровождается увеличением нормальной густоты цементного теста, причем
тем в большей степени,
чем выше его дозировка (Табл.2)
Таблица 2
Густота цементного теста.
|
№
|
Количество кремнезема
|
Нормальная густота, %
|
|
1
|
0
|
26,25
|
|
2
|
10
|
28,50
|
|
3
|
20
|
34,50
|
|
4
|
30
|
38,75
|
|
5
|
40
|
45,66
|
Увеличение содержания микрокремнезема приводит
к
сокращению
сроков начала
схватывания
и нарастания его пластической прочности.
Идентичная картина
наблюдается
и
при
определении
кинетики
нарастания пластической прочности цементного теста, содержащего суперпластификатор (Рисунок 3).
Вышеприведенные данные позволяют определить закономерность формирования структуры цементного камня и регулировать его свойства; в том числе прочность, плотность, морозостойкость, водонепроницаемость и другие.
Водопотребность микрокремнезема выше, чем у цемента.
МКЗ может применяться как в сухом состоянии, так и в виде водной пульпы. Для снижения водопотребности смеси в этом случае применялся суперпластификатор С-3 в виде водного
раствора плотность 1,10 г/см3, как видно из Рисунка 3.
Для оценки величины прироста прочности
в возрасте 28 сут. предложена эмпирическая формула (1), которая позволяет определить прочность в зависимости от дозировки микрокремнезема, степени гидратации и др [2,3]. Формула,
являющаяся достаточно точной при разных дозировках кремнезема от массы цемента, выведена на основании ряда предпосылок: - величина пуццолановой активности кремнезема зависит от содержания аморфного Si02 [5].
Изменение плотности структуры цементного камня при введении
кремнезема связано с объемом гелевых
и капиллярных пор и в меньшей
степени с объемом
макропор (технологических) [1,4,3].
где: а - степень гидратации портландцемента, % ; S - абсолютное содержание Si02 в составе смешенного
вяжущего, % ; С И - содержание портландцемента в цементном камне без кремнезема принимается равным 15%; С -
дозировка кремнезема МКЗ, % Ц; К -коэффициент, учитывающий разницу молекулярных масс Si02 и Са(ОН)2.
Таким
образом, выявлена
закономерность формирования структуры
цементного камня с регулируемыми свойствами: прочности, плотности, морозостойкости, водонепроницаемости и др. Эти исследования стали основоположными приразработки составов бетонной смеси, как в заводских условиях, так и при производстве монолита.
При введении МКЗ в бетонную
смесь (от 10-30% от цемента М400) возможно получить высокопрочную смесь до В 100-130, сократить ТВО при изготовлении железобетонных конструкций на заводе, повысить морозостойкость,
водонепроницаемость, либо получить бетонную
смесь средних классов
с экономией цемента до 40-50%. Таким образом,
введение микрокремнезема дает большой экономический эффект, как при заводском изготовлении конструкций, так и при производстве монолитных зданий и сооружений.
Список литературы
1. Баженов Ю.М.
Модифицированные
высококачественные
бетоны:
научн. изд. Ю.М.
Баженов,
В.С. Демьянов, В.И. Колашников, - Москва: АСВ, 2006-368 с.
2. Батраков В.Г., Эффективность
применения ультрадисперсных отходов ферросплавного производства: Батраков В.Г., Каприелов
С.С., Шейнфельд А.В. Бетон и железобетон, 1989, №8, С. 24-25.
3.
Каприелов С.С. Научные
основы модифицирования бетонов ультрадисперсными материалами: Автореф. док. тех. наук. М., 1995, С.12
4.
Каприелов С.С.,
Микрокремнезем
в
бетоне: Каприелов С.С., Шейнфельд А.В. ВНИИ НТПИ,
Сер.: Строительные материалы. Вып. 1., 1993, С.55.
5. Тимашев В.В. Влияние физической структуры цемента
на его прочность; Цемент,
1798, №2, С.6-8э.
