Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Володин В.М., ПГУАС (руководитель Калашников В.И., д.т.н., профессор) «Сухие тонкозернистые порошковые бетонные смеси нового поколения»

Широкая и разнообразная номенклатура сухих строительных смесей, выпускаемых в запад-ных странах и в России, не коснулась сухих бетонных смесей. Выпускать такие смеси для бетона как композиционного материала, включающего цемент, песок и щебень, неразумно и неэкономично по следующим причинам: затратно транспортировать большие объемы щебня и песка в регионы; нельзя использовать для погрузочно-разгрузочных работ пневмотранс-порт; тонкодисперсные смеси с щебнем сепарируются в силосах и бункерах. Последние достижения в технике бетона ознаменовались внедрением высокопрочных и осо-бо высокопрочных бетонов из саморастекающихся бетонных смесей с прочностью 150-200 МПа. При создании таких бетонов используются не суперцементы сверхвысоких марок, а традиционные цементы марок 500–550 (классов СЕМ 42,5–52,5). Наиболее полная реализа-ция особых реологических свойств в саморастекании и самоуплотнении бетонных смесей достигнута в тонкодисперсных минерально-цементно-водных системах с гиперпластифика-торами (ГП) последних поколений. Добавление в минерально-цементные дисперсии реакционно-активных пуццоланических добавок – микрокремнезема (МК), высокодисперсного метакаолина (МТК) позволило связывать в бетоне «балластную» гидролизную Ca(OH)2 – портландит, в дополнительные цементирующиеся вещества с повышением начальной и нормированной 28-суточной прочности с кардинальным улучшением всех физико-технических свойств бетонов. Это относится прежде всего к реакционно-порошковым бетонам (РПБ), изготавливаемым из тонкозернисто-порошковых сухих смесей. В таких смесях содержится 50–60 % порошкового компонента (цемент, молотая горная порода, микрокремнизем) и 40–50 % тонкозернистого (кварцевый песок фракции 0,1–0,6 мм). Таким образом, реологическая матрица должна быть воднодисперсной, дисперсная фаза которой способна к адсорбции олиго- или полиионов ГП, и диспергироваться на дискретные частицы из агрегатов (кластеров), образующихся при затворении минеральных порошков водой без ПАВ.
Кафедра технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенского ГУАС около 15 лет занимается разработкой и исследованием свойств разных видов высокопрочных и особо высокопрочных бетонов, песчаных и щебеночных бетонов на реакционно-порошковой связке классов по прочности В80 — В140. Изготовленные в лаборатории кафедры в 2008–2009 гг. реакционно-порошковые бетоны из тонкозернисто-порошковой сухой смеси с содержанием цемента (Ц) в пределах 680–750 кг на м3 бетона, микрокремнезема от 7 до 15 % от массы Ц, молотого песка до Sуд = 3200–3600см2/г – 350–375кг на м3, тонкозернистого песка фр. 0,16–0,63мм – 700–750кг на м3, гиперпластификатора марки Melflux (1641F, 2641F, 2651F) – 0,8–0,9 % от массы цемента, при В/Т = 0,10–0,13, были испытаны на долговременную прочность. Некоторые бетоны были изготовлены со стальной или акрилонитрильной фиброй. Результаты испытания приведены в табл. 1. Реакционно-порошковая связка прошла успешное испытание для изготовления традиционных бетонов М 200-800. В таких видах бетонов достигнут небывало низкий удельный расход цемента на единицу прочности ― 3,4–4,5 кг/МПа, в том числе в бетонах без МК.
Как следует из табл. 1, бетоны с прочностью на сжатие через 28 суток нормально-влажностного твердения 100–129 МПа после естественного твердения на воздухе от года до двух лет существенно повышают свою прочность. Прирост прочности на сжатие составляет от 8,5 до 50 %, на растяжение при изгибе – от 12,4 до 60 %. Таким образом, в высококачест-венном микрооднородном бетоне «чудес», связанных с потерей прочности, не обнаружено. РПБ-21, РПБ-46, РПБ-53, РПБ-54, имевшие более низкую прочность – 100–110 МПа, через 28 суток показали более высокий прирост прочности на сжатие (34–50 %). Таким образом, некоторые бетоны нового поколения подчиняются по годовой прочности логарифмическому закону: R365 = R28 · lg365 / lg28.
Задача исследований состояла в следующем: разработка рецептуры сухих бетонных смесей с оптимальным соотношением цемента, молотого песка, микрокремнезема, ГП; определение плотности сухих смесей; изготовление РПБ, реакционно-порошково-щебеночных бетонов (РПЩБ), реакционно-порошковых песчаных бетонов (РППБ) и реакционно-порошковых клеев и в изучении их свойств.
Для изготовления сухой тонкозернисто-порошковой бетонной смеси использовались: ПЦ М 500 Д0 Вольского, Красноярского и Топкинского заводов; белый цемент М 500 Щуровского заводов; кварцевый молотый песок (Пм) 4-х месторождений с Sуд=1400–4000см2/г, тонкозернистый песок фракции 0,16÷0,63мм (Пт); микрокремнизем гранулированный (МК) Новокузнецкого завода ферросплавов и порошкообразный – Липецкого металлургического комбината; ГП на поликарбоксилатной основе Melflux 1641, 2651, 5581F.
В отдельных случаях использовалась металлическая нержавеющая фибра диаметром 0,15 мм, длиной 7–9 мм и полиакрилнитрильная Ricem MC 2,5/8 мм.
Цемент из-за отсутствия эффективного смесителя – активатора смешивался предварительно с ГП Melflux пересыпанием на полотне тонкой бумаге и в шаровой лабораторной мельнице МБЛ с малым количеством шаров. Гранулированный МК вследствие плохого распускания в воде кратковременно диспергировался с тонкозернистым песком в мельнице. После совместного смешивания компонентов сухая смесь непрерывно засыпалась в миксерную мешалку с предварительно отдозированным в нее количеством воды в течение 5–6 мин при 400 об/мин. Смесь разливалась в зависимости от назначения в формы 40 × 40 × 160 мм, 100 × 100 × 100 мм, 70 × 70 × 280 мм, 100 × 100 × 400 мм или в пластмассовые формы для отделочных плит с размерами 600 × 300 × 15 мм.
При изготовлении песчаных бетонов в приготовленную водно-порошковую смесь добавлялся песок с последующим дополнительным перемешиванием; при изготовлении щебеночных бетонов добавлялся щебень фракции 5÷10 мм или смесь фракций 5÷10 и 10÷20 мм.
Контроль консистенции смесей осуществлялся в зависимости от их вида и требуемой технологии уплотнения: по самопроизвольному диаметру расплыва (Др) конуса от встряхивающего столика на стекле (конуса Хагерманна по ГОСТу 310.4-81); по осадке стандартного конуса (ОК) или по жесткости (Ж) на приборе Красного (ГОСТ 10181.1-81).

Плотность бетонной смеси определяли по взвешиванию мерных сосудов после ее самоуплотнения или вибрационного уплотнения. Выход бетонной смеси контролировался очень точно по обмеру затвердевших в герметичных условиях образцов через 12–14 часов после формования, взвешиванию уплотненных потерь бетонной смеси и сосудов с остатками ее. Фактическая плотность сравнивалась с теоретической, рассчитанной по методу абсолютных объемов.
Результаты испытаний представлены в табл. 2. Как следует из табл. 2, используя сухие тонкозернисто-порошковые бетонные смеси, можно изготавливать эффективные высокопрочные реакционно-порошковые бетоны, реакционно-порошковые песчаные и реакционно-порошковые щебеночные бетоны с удельным расходом цемента от 4,1 до 5,8 кг на один МПа прочности. В настоящее время этот показатель для практически всех бетонов, производимых в России, составляет от 7 до 14 кг на один МПа при марках бетона от М 200 до М 600.
Важно то, что как песчаные, так и щебеночные бетоны, не содержащие в своем составе МК, имеют прочность на 5-10% ниже, чем с МК.
Сухие смеси, содержащие в своем составе 6 компонентов, определяющих высокую прочность цементирующей матрицы, при использовании на бетонных заводах и ЖБИ увеличивают точность дозирования и существенно упрощают процесс его. Они легко перемещаются пневмотранспортом и имеют насыпную плотность на 20-25% больше, чем цемент (табл. 3).
По разработанной рецептуре смесей при оптимизированной модификации их в г. Красноярске-45 в содружестве ООО «НТС» были изготовлены из цветного бетона марки М 1800 – М 2000 «Памятник Победы» и обелиск «Аллея Славы».


Информационные партнеры