Cтpyктypa и свойства конструкционного керамзитобетона с добавкой суперпластификатора

     Одним из направлений рационального использования цемента в строительстве является широкое применение смешанных вяжущих, содержащих в своем составе повышенные дозировки активных минеральных добавок. Особое внимание среди минеральных добавок к цементам привлекают цеолитсодержащие породы (ЦСП). Эффективность таковых с высоким содержанием цеолитов показана в ряде работ [1, 2]. Однако возможность применения ЦСП с относительно малой долей цеолитового минерала изучена недостаточно. Отличительной особенностью смешанных вяжущих с использованием ЦСП является повышенная водопотребность, что вызывает необходимость использования пластификаторов [2, З].

     В данной статье приводятся результаты экспериментальных исследований влияния добавки суперпластификатора С-3 на структуру и физико-механические свойства керамзитобетона марок 200-300, изготовленного на основе смешанного вяжущего из смесей с осадкой конуса от 5 до 15см. Применение суперпластификаторов, как следует из результатов ранее выполненных исследований [4, 5], особенно эффективно в легких конструкционных бетонах, изготовляемых из пластичных смесей и отличающихся высокими расходами цемента.

     В эксперименте использовалось смешанное вяжущее, полученное путем домола портландцемента марки 400 Ульяновского завода совместно с природной минеральной добавкой - цеолитсодержащей породой Татарско-шатрашанского месторождения Республики Татарстан и суперпластификатора С-3 до удельной поверхности 415 м2/кг. Такой способ приготовления вяжущего позволяет активизировать не только клинкерную часть, но и активную минеральную добавку как за счет повышения дисперсности вяжущего с 285 до 415 м2кг, так и за счет аморфизации силикатной фазы цеолитсодержащей породы при совместном измельчении ее с добавкой суперпластификатора.

     Активная минеральная добавка содержит в своем составе (мае. %): клиноптилолит - 19; кальцит - 18; кварц - 7; активный кремнезем - 30; глинистые и гидрослюдистые минералы - 26. Химический состав цеолитсодержащей породы, по массе %: SiO2 - 54,58;

     CaO - 17,94; TiО2 - 0,26; Аl2Оз - 5,27; Fe2О3 - 0,08;

     MgO -1,12; Na2O - 0,19; K2O - 0,74; P2O5 - 0,04; ппп -19,78. Модуль основности этой породы (Мo) находится в пределах 0,26-0,31, что позволяет отнести ее к группе кислых пуццолановых добавок. Модуль активности (Мa) ЦСП находится в пределах 0,08-0,14, что также свидетельствует о высокой активности добавки. Как показали исследования гидравлической активности ЦСП по определению пуццолановой активности проб методом поглощения CaO из водной вытяжки цемента (ГОСТ 25094-94), ЦСП относится к эффективным минеральным добавкам и активно вступает во взаимодействие с гидроксидом кальция. Несмотря на малое содержание в породе клиноптилолита, ее пуццолановая активность оказалась выше, чем у диатомита. В целом по результатам эксперимента следует, что активными компонентами породы являются не только клиноптилолит и опалкристобалит, но и монтмориллонит.

     В качестве заполнителей использовались речной кварцевый песок с модулем крупности 2,7 и керамзитовый гравий фракции 5-20 мм со средней плотностью 500 кг/м3 и прочностью при испытании в цилиндре 2,5 МПа.

     Приготовление керамзитобетонной смеси осуществлялась в лабораторном бетоносмесителе. Из керамзитобетонной смеси заданного состава формовались образцы-кубы с ребром 15 см, которые пропаривались при 90°С по режиму 3+2+8+2 ч. Часть образцов испытывалась через 4 ч после окончания пропаривания, остальные через 28 сут последующего нормального хранения. Оптимизация состава керамзитобетона с добавкой суперпластификатора производилась при помощи четырехфакторного почти D-оптимального плана второго порядка. В качестве независимых переменных определен расход вяжущего (X) = 300,450, 600 кг/м3), расход керамзита (Х2 = 600, 750, 900 л/м3), удобоукладываемость керамзитобетонной смеси (Хз = 5, 10, 15 см) и содержание добавки С-3 (Х4 = 0; 0,3; 0,6 % от массы вяжущего).
В результате реализации планируемого эксперимента по специальной программе с помощью персонального компьютера получены математические модели формирования прочности легкого конструкционного бетона (R.28, МПа) и его средней плотности (Y, кг/м3) следующего вида:

     R28= 27,1+4,4X1-l,25X2-0,5X3+l,9X4-3,lX1^2-2Х1Х2 + 1,07X1X4 -1,17Х3Х4 (1)

     Y= 1714 +17X1-81X2 -8Х3+18Х4 -24Xl^2+38X4^2 -20Х1Х2+9Х1Х4-23Х2Х4 (2)

     Анализ полученных моделей и результатов активного эксперимента позволил установить, что эффективность действия суперпластификатора в керамзитобетоне на смешанном вяжущем в условиях данного эксперимента возрастает с увеличением удобоукладываемости бетонной смеси, и особенно значительно - с увеличением содержания крупного заполнителя. По результатам этого эксперимента определены оптимальные составы легкого бетона марок 200, 250 и 300 как с добавкой, так и без добавки, анализ которых показывает, что на эффективность применения добавки суперпластификатора в количестве 0,6 мас. % смешанного вяжущего оказывает влияние прежде всего содержание керамзита. Для всех исследуемых марок бетона наибольшее снижение расходов смешанного вяжущего (20-25 %) достигается при максимальном содержании керамзита.
Добавка С-3 повышает плотность керамзитобетона на данном виде вяжущего и, как следует из уравнения регрессии (2), приводит к некоторому увеличению средней плотности бетонной смеси и затвердевшего бетона при всех фиксированных расходах вяжущего и керамзита. В оптимальных составах бетонов марок 200-300 в присутствии добавки наблюдается снижение средней плотности легкого бетона за счет уменьшения расхода вяжущего.

     Реологические исследования смешанного вяжущего показали, что введение ЦСП в его состав увеличивает эффективную вязкость в 1,7-2 раза при равных В/В отношениях, Величина эффективной вязкости зависит при этом от скорости сдвига. Изменение эффективной вязкости от скорости сдвига в тесте на смешанном вяжущем проявляется в большей степени, чем в портландцементном. Введение пластификаторов в состав смешанного вяжущего при его помоле, как и следовало ожидать, снижает вязкость цементного теста при всех скоростях сдвига, но вместе с тем вязкость цементного теста при различных значениях В/Ц все-таки остается выше, чем теста на обычном портландцементе. Поэтому керамзитобетонная смесь на этом виде вяжущего при высоких значениях подвижности обладает хорошей связностью, однородностью и не расслаивается при формовании.

     Изучение особенностей фазового состава продуктов гидратации смешанного вяжущего методами ДТА, РФА, ИКС и электронной микроскопии показало, что ЦСП приводит к увеличению объемной концентрации гидратных новообразований как за счет повышения степени гидратации клинкерных зерен, так и за счет взаимодействия Са(ОН)2 с активными компонентами породы. Благодаря высокой гидравлической активности ЦСП в условиях пониженной концентрации СаО в жидкой фазе образуются, главным образом, низкоосновные гидросиликаты кальция, кристаллизующиеся в присутствии суперпластификатора преимущественно в мелкодисперсном виде в форме игл и волокон.
     Список литературы

1. Гальперина Т.Я., Вертопряхова Л.А., Соловьева И.А. и др. Применение цеолитизированных пород Шивыртуйского месторождения в производстве цемента // Цемент. 1992. N 4. С. 79-82.

2. Полюдова С. В., Коломиец В. И., Солома тов В. И. Цементоцеолитовые композиты // Известия вузов. Строительство. 1995. N 3, С. 41-46.

3. Изотов B.C., Морозова Н.Н. Смешанное вяжущее для бетонов, твердеющих при пропаривании // Строит, материалы. 1998. N 12. С. 19-20.

4. Изотов В. С. Структура и свойства конструктивного керамзитобетона с добавкой водорастворимого сульфированного олигомера // ВНИИЭСМ. 1988. Вып. 8.N 1592. С. 4-5.

5. Изотов В. С. Свойства бетонов, модифицированных водорастворимыми полимерами // Сб. трудов "Композиционные строительные материалы". Саратов: СПИ, 1990. С. 58-60.

Авторы: B.C. Изотов, канд. техн. наук, доц., О.Б. Кириленко, инженер (Казанская государственная архитектурно-строительная академия)

Источник: Журнал "Строительные материалы", январь 2001 г, N 1