В. К. ВЛАСОВ, инж. (НИИЖБ), Механизм повышения прочности бетона при введении микронаполнителя
В работе [1] рассмотрено явление, названное «эффектом микронаполнителя», которое заключается в повышении прочности бетона с введением в его состав различных дисперсных минеральных добавок при неизменном В/Ц. При этом сделан вывод, что в основе этого явления лежит, наряду с гидравлической активностью минеральных добавок, также некоторое их свойство, влияющее на прочность бетона, и что в основе этого свойства находится способность частиц добавок коллоидных размеров образовывать центры кристаллизации, дополнительно повышающие прочность бетона
Первая часть вывода противоречит содержанию понятия «эффект микронаполнителя». Так, если минеральные добавки обладают гидравлической активностью, т. е. проявляют вяжущие свойства при взаимодействии с продуктами -гидратации цемента, то сравнивать бетоны без добавок и с добавками при равном ВЩ неправомерно аналогично тому, как для получения бетонов равной прочности на цементах различной активности необходимо принимать и различные В/Ц. Может быть именно поэтому в бетонах с добавкой новосибирской золы (Зг). обладающей собственной гидравлическом активностью, и новоуренгойского диатомита (Д) в работе [1] В/Ц выше эталона. Таким образом, формулируя содержание понятия «эффект микронаполнителя» как повышение прочности бетона при В/Ц = const, не учитывается проявление добавками микронаполнителя вяжущих свойств.
Со второй частью вывода о роли центров кристаллизации трудно согласиться, поскольку непосредственное действие искусственно вводимых в материал центров кристаллизации заключается в ускорении начальной стадии химического твердения, а многочисленные исследования и практика показывают, что у бетонов с такой добавкой, как зола ТЭС, темп роста прочности в начальные сроки твердения ниже, чем без золы, а в более поздние — выше.
Кроме того, следует остановиться на рассмотренной модели уплотненной бетонной смеси. Оперируя параметром 8 (расстояние между частицами цемента), сделано противоречащее логике предположение о том, что при неизменном В/Ц введение в состав бетона микронаполнителя не изменяет 8. Оно возникло из-за условного разделения роли минеральной добавки при подборе состава бетона. Одни исследователи считают, что добавка заменяет часть цемента, другие— часть песка. Однако для получения бетона необходимого качества при заданной технологии на конкретных материалах существует только одно оптимальное соотношение компонентов, которое должно быть одинаковом в обоих случаях. В полученном составе бетона можно установить, в зависимости от преследуемой цели, процентное содержание добавки в вяжущем или в смеси с песком (см. таблицу).
Автор работы [1] является сторонником введения добавки как части песка. Это привело к представлению о том, что минеральная добавка просто заменяет объем, занимаемый песком, не изменяя структуры цементного теста. Однако она равномерно распределяется в тесте, что при В[Ц=const увеличивает б.
В то же время работой [1] поставлен вопрос, который требует объяснения, поскольку отмеченный эффект существует и подтвержден большим числом экспериментальных данных. Анализируя результаты разных, не следует путать В/Ц и В/(Ц+МД). Так. в источнике [2], в таблице составов бетона с золой, в графе В/Ц подразумевается
Рис. 2. Зависимость коэффициента цементирующей эффективности от активности минеральных добавок (и) и удельной поверхности (б)
Экспериментальной частью данной работы явилось определение характера изменения прочности мелкозернистого бетона с увеличением в его составе количества добавок и при постоянном факторе прочности бетона, выраженном в виде В/Ц, ВЦЦ+МД) и водовяжущего отношения с учетом вяжущих свойств добавок коэффициентом цементирующей эффективности [3, 4]—В/(Ц+КцаМД). В качестве вяжущего использовали воскресенский портландцемент марки 400. Заполнителем служил песок Москворецкого карьера с Мкр= 1,65. Подвижность бетонных смесей 1 .. 4 см. В качестве добавок использовали золу гидроудалення ТЭС-12 Москвы (Зуд=295 м2/кг), высококальциевую золу-унос от сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна (Syfl=481,4 м2/кг) и молотый кварцевый песок (Зуд = 119,8 м2/кг). Коэффициент цементирующей эффективности указанных добавок составил 0,75; 0,71 и 0,13. Прочность образцов-кубов с ребром 7 см определяли после пропаривания по режиму 3+4+8+2 ч при температуре изотермического выдерживания 80°С. Результаты испытаний приведены на рис. I.
Как видно из рис. 1, ни В/Ц, ни ВЦЦ+МД) не являются факторами, определяющими прочность бетона с минеральными добавками, поскольку не учитывают различия вяжущих свойств добавок. При учете Кца в водовяжущем отношении прочность бетона изменяется по S-образиой кривой вокруг значения прочности исходного (без добавок) состава бетона. Полученный характер изменения прочности соответствует общей закономерности перехода от одного компонента к другому, наблюдаемой в различных материалах: наполненных полимерах, металлах с ростом количества дефектов структуры и др.
Таким образом, экспериментальные результаты, лежащие в основе «эффекта микронаполнителя», объясняются тем, что в работе упоминаются вяжущие свойства добавок, но не учитываются в факторе прочности бетона.
Из этого следует, что каждая добавка является носителем одновременно двух видов активности.
Химический показатель активности можно представить как функцию отношения.
В основе физико-химической активности лежат, по всей видимости, влияние поверхностной энергии частиц минеральной добавки и величина поверхности, действие которых следует изу чать на стадии формирования структуры цементного камня в бетоне,
Сделанное предположение о том, что цементирующая эффективность является интегральной характеристикой добавки, включающей два вида возможного проявления активности, подтверждается наличием одновременной корреляции как между Кцэ и активностью добавки, установленной по связыванию СаО из насыщенного раствора извести, так и в какой-то степени между Кца и ее удельной поверхностью (рис. 2).
Выводы
Положительным вкладом работы [1] в рассматриваемый вопрос является выделение явления, названного эффектом микронаполнителя, в качестве объекта исследования.
Учет вяжущих свойств микронаполнителей (минеральных добавок) коэффициентом цементирующей эффективности в факторе прочности бетона В1(Ц+КцэМД) позволяет объяснить экспериментальные результаты «эффекта микронаполнителя».
Бетон и железобетон, 1988