К.т.н. Ананьев С.В., аспирант С.В. Аксенов, аспирант И.В. Ерофеева, д.т.н., проф. Калашников В.И. ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия
РОЛЬ ДИСПЕРСНОСТИ И КАЧЕСТВА КВАРЦЕВОГО ПЕСКА НА РЕОЛОГИЮ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА СУСПЕНЗИОННОГО БЕТОНА
В соответствие с положениями физической химии, смесь цемента, минеральной молотой муки, тонкого песка и воды, является суспензией. При этом с позиции физикохимии важно различать агрегативно-неустойчивые и агрегативно-устойчивые суспензии. Бетоны нового поколения могут быть получены только на основе агрегативно-устойчивых к тому же, высококонцентрированных суспензий. Такими их делают высокоэффективные суперпластификаторы. Поэтому правомерно все порошковые (pulver beton или Powder Concrete) и реакционно-порошковый бетон (Reaktionspulver betonRPB или Reactive Powder Concrete), называть суспензионными. Такие суспензионные бетоны являются самоуплотняющимися, в связи с тем, что при низком предельном напряжении сдвига суспензии из нее выделяется пузырьки воздуха в соответствие с законом Стокса, определяющем скорость всплывания пузырьков в зависимости от вязкости. В самоуплотняющихся песчаных и щебеночных бетонах теория подбора состава которых пока не разработана, содержание суспензионной составляющей должно существенно возрастать, а содержание песка-заполнителя (в песчаных бетонах) и содержание щебня (в щебеночных бетонах), должно существенно уменьшаться. При наполнении высокопрочных бетонов нового поколения молотыми горными породами важным является дисперсность каменной муки. В порошковых бетонах молотый кварцевый песок или микрокварц являются реологически-активной добавкой в смеси с пластифицированной цементной суспензией. Но она обладает реакционной активностью с Са(ОН)2 при длительных сроках твердения. Естественно, что микрокварц с очень высокой удельной поверхностью со временем будет интенсивнее реализовывать свою реакционную активность, чем грубомолотый. Но для самоуплотняющихся порошковых бетонов (ПБ) и реакционно-порошковых бетонов (РПБ) важно, прежде всего, сохранение текучести при высоком водоредуцирующем эффекте, позволяющем реализовать высокую плотность в прочность [1-3]. Для экспериментов использовали молотый Ртищевский песок с тремя удельными поверхностями 1420, 3200 и 7300 см2 /г. Все остальные компоненты были одни и те же и вводились в равных количествах. В табл. 1, 2, 3 представлены результаты исследований. Как следует из таблиц, прочностные показатели оказались примерно одинаковы.
Таблица 1 ПБ-56
Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона
РОЛЬ ДИСПЕРСНОСТИ И КАЧЕСТВА КВАРЦЕВОГО ПЕСКА НА РЕОЛОГИЮ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА СУСПЕНЗИОННОГО БЕТОНА
В соответствие с положениями физической химии, смесь цемента, минеральной молотой муки, тонкого песка и воды, является суспензией. При этом с позиции физикохимии важно различать агрегативно-неустойчивые и агрегативно-устойчивые суспензии. Бетоны нового поколения могут быть получены только на основе агрегативно-устойчивых к тому же, высококонцентрированных суспензий. Такими их делают высокоэффективные суперпластификаторы. Поэтому правомерно все порошковые (pulver beton или Powder Concrete) и реакционно-порошковый бетон (Reaktionspulver betonRPB или Reactive Powder Concrete), называть суспензионными. Такие суспензионные бетоны являются самоуплотняющимися, в связи с тем, что при низком предельном напряжении сдвига суспензии из нее выделяется пузырьки воздуха в соответствие с законом Стокса, определяющем скорость всплывания пузырьков в зависимости от вязкости. В самоуплотняющихся песчаных и щебеночных бетонах теория подбора состава которых пока не разработана, содержание суспензионной составляющей должно существенно возрастать, а содержание песка-заполнителя (в песчаных бетонах) и содержание щебня (в щебеночных бетонах), должно существенно уменьшаться. При наполнении высокопрочных бетонов нового поколения молотыми горными породами важным является дисперсность каменной муки. В порошковых бетонах молотый кварцевый песок или микрокварц являются реологически-активной добавкой в смеси с пластифицированной цементной суспензией. Но она обладает реакционной активностью с Са(ОН)2 при длительных сроках твердения. Естественно, что микрокварц с очень высокой удельной поверхностью со временем будет интенсивнее реализовывать свою реакционную активность, чем грубомолотый. Но для самоуплотняющихся порошковых бетонов (ПБ) и реакционно-порошковых бетонов (РПБ) важно, прежде всего, сохранение текучести при высоком водоредуцирующем эффекте, позволяющем реализовать высокую плотность в прочность [1-3]. Для экспериментов использовали молотый Ртищевский песок с тремя удельными поверхностями 1420, 3200 и 7300 см2 /г. Все остальные компоненты были одни и те же и вводились в равных количествах. В табл. 1, 2, 3 представлены результаты исследований. Как следует из таблиц, прочностные показатели оказались примерно одинаковы.
Таблица 1 ПБ-56
Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона
Но в составе ПБ-57 (табл. 2) существенно снизился расплыв смеси из конуса Хагерманна, уменьшилась плотность бетона до 2257 кг/м3 за счет повышенного содержания воздуха (до 3,8%). В составе с низкой удельной поверхностью песка Sуд = 1420 см2 /г, напротив, увеличилась растекаемость за счет снижения дисперсности и было отмечено водоотделение смеси.
Таблица 2
ПБ-57 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона
Таблица 2
ПБ-57 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона
Таблица 3
ПБ-58 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона .
ПБ-58 Влияние дисперсности молотого песка на реотехнологические свойства смеси и порошкового бетона .
Таблица 4
РПБ-102 Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства реакционно-порошкового бетона .
РПБ-102 Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства реакционно-порошкового бетона .
Таким образом, оптимальная дисперсность кварцевого наполнителя должна находится в пределах 3000-4000 см2 /г, что подтверждено в других составах бетонов. Существенное значение на свойства РПБ оказывает качество песка – содержание SiO2 и глинистых примесей. Для выявления влияния глинистых примесей использовали Красноярский кварцевый песок Дзержинского карьера с содержанием SiO2 = 95,2%. Особенностью месторождения этого песка является наличие чистого каолина в количестве 4,1%. Песок имел матовый охристый цвет. Использовали фракцию песка 0-0,63 мм. Молотый песок был получен помолом исходного песка до удельной поверхности 3100 см2 /г. Несмотря на то, что в состав бетона была введена реакционно-порошковая добавка – активный микрокремнезем, прочностные показатели увеличились незначительно (всего лишь на 12-14 МПа). Это свидетельствует о том, что переход на реакционно-порошковые бетоны с использованием дорогостоящего микрокремнезема в количестве 10% не существенно повышает прочность бетона, но значительно увеличивает его стоимость (табл. 4). При использовании Джержинского кварцего песка, не отмытого от каолина, было установлено, что присутствие каолина приводит к полной потери текучести. Бетонная смесь характеризуется глиноподобной пластичностью и, практически, не растекается при 30 ударах на встряхивающем столике. Прочность бетона уменьшилась за счет сильного воздухововлечения (до 6%), прочность была очень низкой (75,6 МПа). Состав на отмытом тонком и молотом песке (табл. 4) обладал высокой текучестью и имел прочность на сжатие в 1,7 раза выше, на растяжение при изгибе – в 1,36 раза. Удельный расход цемента понизился в 1,7 раза. Таким образом, для получения высококачественных бетонов нового поколения необходимы чистые кварцевые пески, не содержащие глинистые примеси.
Литература: 1. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения//Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82. 2. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов//Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102. 3. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей//Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53. 2012. № 8 (34). С. 47-53.
Литература: 1. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения//Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82. 2. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов//Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102. 3. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей//Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53. 2012. № 8 (34). С. 47-53.
