Влияние опоки и суперпластификатора на свойства цемента

Использование органоминеральных добавок позволило достичь значительного прогресса в технологии бетона. Эти модификаторы, состоящие из высокоактивных минеральных добавок (микрокремнезема, золы-уноса и др.) и суперпластификаторов (СП), обеспечивают существенное повышение технологических и эксплуатационных характеристик бетонов [1−6]. Для дальнейшего развития этого направления технологии бетонов необходима разработка добавок на основе дешевого, широко распространенного сырья, к числу которого относятся кремнистые горные породы осадочного происхождения — опока, диатомит, цеолиты [7−9].

Целью исследования являлось определение эффективности опоки Пензенского месторождения, измельченной до удельной поверхности 2100 м²/кг, в качестве основы органоминеральной добавки. Было исследовано влияние степени замещения вяжущего опокой на консистенцию смесей и их прочность в различные сроки твердения.

Исследования проводились на растворной составляющей бетона при соотношении песка и цемента 1:1, 33. Такое отношение является одним из условий получения самоуплотняющегося бетона [10]. В качестве заполнителя применялся кварцевый песок М_к = 2, 1.

Для приготовления смесей использовался портландцемент ЦЕМ I 42, 5Н без добавки. Кроме того, на его основе готовились смешанные цементы с золой-уносом, доменным гранулированным шлаком, микрокремнеземом. Все перечисленные добавки, кроме микрокремнезема, измельчались до удельной поверхности 340−350 м²/кг.

Смеси готовились с добавкой СП Glenium SKY 591, которая вводилась в дозировках 1, 5 и 4, 5% от массы вяжущего.

Для каждого состава находились экспериментальные зависимости диаметра расплыва конуса (ГОСТ 320.4−76) смеси (РК) и прочности в различные сроки от водоцементного отношения (В/Ц). По полученным зависимостям вычислялись В/Ц отношения для получения РК 150 и 300 мм, а затем рассчитывались прочности составов с равной консистенцией.

Результаты определения влияния водоцементного отношения на расплавы конуса смеси через 15 минут после затворения для составов, приготовленных на портландцементе и цементе с 10% шлака, приведены на рис. 1 и 2. На графиках нанесены экспериментальные значения и аппроксимирующие их линейные зависимости.

а.		б.

Рис. 1. — Влияние водоцементного отношения на расплыв конуса смеси, приготовленной на портландцементе с различным количеством добавки опоки при дозировке СП 1, 5% (а) и 4, 5% (б). Обозначения доли замещения цемента опокой: 1 — контрольный состав; 2 — 5%; 3 — 10%; 4 — 15%; 5 — 20%

а.		б.

Рис. 2. — Влияние водоцементного отношения на расплыв конуса смеси, приготовленной на цементе, содержащем 10% шлака с различным количеством добавки опоки при дозировке СП 1, 5% (а) и 4, 5% (б). Обозначения доли замещения цемента опокой по рис. 1

С использованием полученных линейных зависимостей, аппроксимирующих экспериментальные данные, были рассчитаны водоцементные отношения (В/Ц), обеспечивающие получение расплывов смеси 150 и 300 мм. Результаты расчета приведены в табл. 1. В связи с тем, что введение микрокремнезема в смесь приводило к значительному загущению смеси даже при дозировке 5%, исследования влияния опоки на свойства цемента с этой добавкой были прекращены на начальном этапе.

Таблица 1. Расчетные значения В/Ц для получения заданных расплывов смеси.

При увеличении доли замещения цемента опокой водопотребность смесей возрастает (см. табл. 1), что связано с высокой удельной поверхностью добавки и снижением плотности смеси. Кроме того, в смешанных цементах негативное действие опоки на водопотребность ниже, чем в портландцементе.

Для анализа влияния опоки на прочность цемента были найдены корреляционные зависимости между В/Ц и значениями прочностей в различные сроки. Полученные зависимости позволили рассчитать прочность составов с равной консистенцией, что более корректно при оценке влияния на свойства цемента минеральной добавки, чем сравнение составов с равными водоцементными отношениями. Результаты расчета прочности равноподвижных составов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Расчетные значения прочности в различные сроки равноподвижных составов с минеральными добавками.

Данные в табл. 2 показывают, что при введении опоки в смесь с низким содержанием СП (1, 5%) происходит снижение прочности во все сроки твердения. При повышении дозировки СП до 4, 5% отмечается некоторое увеличение прочностных показателей при замещении 5−10% цемента опокой. Повышение прочности в большей степени проявляется в составах с добавкой шлака, что свидетельствует о небольшом синергетическом эффекте совместного использования этих добавок с опокой.

Проведенные исследования показали, что при введении опоки в бездобавочный портландцемент и смешанные цементы на его основе в большинстве случаев происходит повышение водопотребности растворной смеси с добавкой СП. Однако при увеличении дозировки СП негативное воздействие опоки на подвижность смеси снижается.

Увеличение доли замещения цемента опокой до 5−10% приводит к повышению прочности растворной составляющей бетона, приготовленного с использованием смешанного цемента, содержащего 10% доменного гранулированного шлака или золы-уноса. При увеличении дозировки суперпластификатора эффективность опоки в качестве минеральной добавки повышается.

поликарбоксилатный суперпластификатор бетон опока.

• 1. Каприелов С. С., Травуш В. И., Карпенко Н. И. [и др.]. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9−13.
• 2. Курочка П. Н., Гаврилов А. В. Бетоны на комплексном вяжущем и мелком песке // Инженерный вестник Дона, 2013, № 1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1562.
• 3. Sobolev K. Sustainable Development of the Cement Industry and Blended Cements to Meet Ecological Challenges // The Scientific World Journal. 2003. Nо.3. pp. 308−318.
• 4. Иващенко Ю. Г., Козлов Н. А., Тимохин Д. К. Оценка влияния минеральных добавок природного и техногенного происхождения на кинетику формирования прочности мелкозернистого бетона // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Вып. № 3, Том 4. C.25−29.
• 5. Wang C., Yang C. H., Wan C. J., Tian Y.F. Comparison of Fluidity between Metakaolin and Silica Fume Concretes // Key Engineering Materials. 2011. Vol. 477. pp. 95−101.
• 6. Морозова Н. Н., Кайс Х. А. Получение высокопрочного мелкозернистого бетона с использованием природного цеолита // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 2 (36). С. 185−193.
• 7. Шляхова Е. А., Шляхов М. А. Влияние вида минеральной добавки микронаполнителя на свойства мелкозернистого бетона // Инженерный вестник Дона, 2015, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3394.
• 8. Саидов Д. Х., Умаров У. Х. Влияние минерально-химических добавок на коррозионностойкость цементных бетонов с применением промышленных отходов // Инженерный вестник Дона, 2013, № 2 (25) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1634.
• 9. Морозова Н. Н., Кайс Х. А. О роли природного цеолита на прочность мелкозернистого бетона // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19, № 10. С. 64−68.
• 10. Okamura H., Ouchi M. Self-Compacting Concrete // Journal of Advanced Concrete Technjlogy. 2003. V. l, № 1. pp. 5−15.