Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

С.С.КАПРИЕЛОВ. д-р техн. наук, А.В.ШЕЙНФЕЛЬД, канд. техн. наук (НИИЖБ), Влияние состава органоминеральных модификаторов бетона серии “МБ” на их эффективность

Появившийся недавно на строительном рынке модификатор МБ-01 оказался эффективным средством получения бетонов с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами [1, 2]. Известно, что этот модификатор представляет собой органоминеральную композицию, включающую микрокремнезем (МК), суперпластификатор (СП) и регулятор твердения (РТ) [1].

В связи с тем, что основной компонент этого модификатора (микрокремнезем) является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, возникла необходимость частичного его замещения более доступным (при обеспечении таких же высоких эффектов в бетоне) активным микронаполнителем, в частности, золой- уноса (ЗУ) В процессе решения этой задачи организовано производство новых разновидностей органоминерального модификатора (МБ- ЗОС, МБ-50С, МБ-100С по ТУ 5743083-46854090-98), в которых до 90% МК замещено золой-уноса [3]. Для определения оптимальных областей применения этих материалов важно оценить эффективность их влияния на основные параметры структуры цементного камня, а также прочность, проницаемость и морозостойкость бетона. Этому вопросу и посвящена данная статья, в которой приводятся результаты исследований эффективности новых модификаторов в зависимости от соотношения МК:ЗУ в составе их минеральной части.

Изучали влияние модификаторов с разным соотношением МК:ЗУ на гидратацию цемента и фазовый состав цементного камня; пористость и кинетику твердения высокопрочного мелкозернистого бетона; прочность, проницательность и морозостойкость тяжелого бетона

В работе использованы четыре разновидности модификаторов: МБ 10-01, МБ 10-30С, МБ 10-50С, МБ 10-100С, которые выпускает предприятие Мастер Бетон, Это композиционные материалы, минеральная часть которых включает в себя МК или смесь его и ЗУ в разном соотношении, а органическая представлена СП на основе натриевой соли поликонденсата Ь-нафталинсупьфо- кислоты и формальдегида и регулятором твердения (РТ) — фосфороорганическим комплексоном.

Соотношение между минеральной и органической частью выбранных образцов модификаторов было одинаковым и равнялось 9:1. Однако состав их минеральной части был различным, в первом она состояла только из МК (100%), во втором, третьем и четвертом — из смеси МК и ЗУ в соотношениях 70:30, 50:50 и 10:90, соответственно.

В табл.1 и на рис,1 приведены составы и основные свойства модификаторов, которые являются порошкообразными материалами насыпной плотностью 750. .800 кг/м3, состоящими из гранул размером от 30 до 400 мкм. Каждая гранула представляет собой агрегат из частиц МК и ЗУ, между которыми имеется твердая водорастворимая прослойка из СП и РТ, “склеивающая" указанные частицы [1, 10].

В качестве вяжущего использовали портландцемент М500 ДО Белгородского завода (по ГОСТ 10178) В качестве заполнителей — песок с М = 2,2, соответствующий ГОСТ 8736, а также гранитный щебень фракции 5...20 мм, отвечающий ГОСТ 8736. Для повышения морозостойкости бетона вводили структурообразующую добавку газообразующего действия — кремнийорганическую эмульсию КЭ 30-04 50%- ной концентрации.

Фазовый состав цементного камня с дозировкой модификатора 20% массы цемента и водотвердым отношением (В/(Ц+МБ)), равным 0.14 и 0.18, определяли рентгеиофазовым (РФА) и дифференциально-термическим (ДТА) анализами.

Исследования структуры и кинетики твердения (прочность на сжатие) проводили на образцах высокопрочного мелкозернистого бетона подвижностью (ОК) 21 23 см с низким водотвердым отношением (0.14 и 0.18), приготовленного по составам, в которых дозировка модификаторов также равнялась 20% массы цемента (табл.2),

Прочность мелкозернистого бетона на сжатие определяли на образцах размером 70x70x70 мм, твердевших в нормальных условиях в течение 28 сут Пористость определяли на образцах размером 10x10x30 мм (состав бетона см. в табл.2), которые выдерживали в нормальных условиях в течение 28 сут. В исследованиях пористости был использован комплекс взаимодополняющих методов: протонного магнитного резонанса (ПМР); малоугловой рентгеновской дифракции (МРД); ртутной порометрии (РП) и оптической микроскопии (ОМ), каждый из которых представлялся наиболее эффективным в определенном диапазоне размеров пор.

Следует отметить, что совместное использование методов ПМР и МРД для измерения пор размером менее 1Ю1 мкм разработано сравнительно недавно и позволяет получать достоверную информацию о гелевой пористости [4]. Более подробно методика определения степени гидратации, фазового состава и пористости приведена в [10].

Исследование влияния разных модификаторов на прочность при сжатии {по ГОСТ 10180), проницаемость (по ГОСТ 12730.5) и морозостойкость (по 3 методу ГОСТ 10060) тяжелого бетона проведено на образцах с дозировкой модификаторов 10 и 20% массы цемента. При этом бетонные смеси содержали равное количество цемента (350 кг/м3) и воды (150 л/м3), имели подвижность (ОК) 16...18 см и объем выделившегося газа 3,6...4,2%.

Комплексное исследование изменений фазового состава-цементного камня показало, что степень гидратации цемента в возрасте 28 сут практически не зависит от присутствия в цементной системе той или иной разновидности модификатора (т.е. не зависит от соотношения МК:ЗУ), но зависит от соде ржания воды В частности, во всех образцах с В/{Ц+МБ) = 0,14 с разными модификаторами степень гидратации оказалась на уровне 30...35%; во всех образцах с В/(Ц+МБ) = 0,18 также с разными модификаторами — на уровне 50. ,55%,

Анализ показал практически полное отсутствие портландита — Са(ОН)2 — во всех образцах цементного камня. При этом выявлены тенденции изменения содержания высокоосновных и низкоосновных гидросипикатов кальция в зависимости от соотношения МК и ЗУ (рис.2).

Отметим, что содержание вторичных гидратных фаз типа CSH(l) с С/S 1 уменьшается по мере увеличения доли ЗУ. Эта тенденция усиливается с уменьшением соотношения В/(Ц+МБ), что объясняется сравнительно невысокой степенью гидратации. Обратная картина наблюдается при определении фаз типа CSH(II): с увеличением доли ЗУ в составе модификатора в цементном камне обнаруживается повышенное содержание высокоосновных гидросиликатов. При этом по рентгенограммам выявляются гидросиликаты неопределенного строения — 3Ca0-Si02(1,5 ...2)Н20. Образование именно таких гидросиликатов характерно для цементных систем с низким В/Ц. С повышением В/Ц они обычно переходят в другие формы — тоберморитоподобные структуры с С/S = 1,5...2 и С/S = 1.1,5 [6].

Известно, что изменение баланса между CSH(I) и CSH(li) в составе цементного камня с МК зависит от дозировок последнего и количества Si02. В частности, с увеличением количества диоксида кремния содержание CSH(t) повышается, а содержание CSH(II) понижается [7].

Для анализа дифференциальной пористости воспользуемся одной из известных классификаций пор по степени дисперсности [9]. Согласно этой классификации, поры делятся на четыре группы:

на первом, надмолекулярном уровне дисперсности находятся гелевые поры, объем которых обычно связан со степенью гидратации и с содержанием высокопрочных и устойчивых высокодисперсных гидратов типа CSH(I);

на втором, субмикроскопичес- ком уровне дисперсности обычно находятся менее прочные гидраты типа CSH(II) и микрокапилляры, которые в основном определяют водо- и газопроницаемость;

третий, микроскопический уровень дисперсности характеризует наличие микродефектов и макрокапилляров, которые также влияют на проницаемость и морозостойкость;

четвертый, макроскопический уровень дисперсности характеризует наличие технологических лор, которые могут быть связаны с вовлеченным или защемленным воздухом, раковинами и т.п.

Данные, приведенные на рис,4, показывают, что с повышением доли ЗУ в составе минеральной части модификатора объем гелевых пор уменьшается. Это согласуется с соответствующим снижением относительного содержания CSH(I) на рис.2 и подтверждает известное представление о том, что объем гелевых пор отражает количество высокодисперсных гидратов типа CSH количество золы-уноса в составе минеральной части модификатора, %

Тенденция изменения объемов микро- и мэкрокэлиллярных. а также технологических пор обратная: с повышением доли ЗУ в минеральной части модификатора наблюдается увеличение объема этих пор, ответственных в значительной степени за проницаемость. Очевидно, что увеличение объема капиллярных пор связано с повышенным содержанием гидросиликатов типа CSH(II), вызванным заменой ультрадислерсного микронаполнителя (МК) грубодисперсным (ЗУ). Однако обратим внимание на то, что объемы пор разного уровня дисперсности (гелевых, капиллярных, технологических) в образцах, приготовленных с модификаторами, в которых МК в количестве до 50% замещен золой- уноса, сопоставимы. Это дает основание предположить, что модификаторы, минеральная часть которых состоит только из МК или смеси его и ЗУ в соотношении 70:30 или 50:50, могут практически одинаково влиять на свойства бетона.

Вышеуказанные закономерности изменения параметров структуры цементного камня и высокопрочного мелкозернистого бетона в зависимости от соотношения между МК и ЗУ в составе модификаторов, обсуждавшиеся ранее [10], нашли подтверждение и при исследовании тяжелого бетона. В табл.З показано влияние соотношения МК:ЗУ на основные параметры бетона одинакового состава. На рис.5 оно выражено степенью эффективности различных модификаторов, которая определялась по относительному (в %) изменению каждого из интересующих нас параметров.

Отметим, что при замещении 30 и 50% МК на ЗУ прочность, проницаемость и морозостойкость практически не отличаются от тех же характеристик бетона, в котором содержится модификатор только с МК. С увеличением доли ЗУ до 90% бетон становится более проницаемым, менее прочным и морозостойким, что в полной мере можно объяснить изменениями его фазового состава и поровой структуры.

Выводы

1. Эффективность органоминерального модификатора бетона, органическая часть которого представлена суперпластификатором и регулятором твердения, а минеральная часть состоит из микрокремнезема или смеси его с золой-уноса, зависит от соотношения МК:ЗУ.

2. Соотношение между микрокремнеземом и золой-уноса в составе модификатора влияет на фазовый состав и структуру цементного камня и, соответственно, на свойства бетона.

Установлено, что с повышением доли золы-уноса сокращается содержание высоко дисперсных и прочных низкоосновных гидросиликатов типа CSH(I) и. наоборот, увеличивается содержание сравнительно грубодисперсных и менее прочных кристаллогидратов типа CSH(ll).

Повышение доли золы-уноса приводит к изменению баланса между порами разной степени дисперсности в структуре цементного камня — к уменьшению объема гелевых и увеличению объема микро- и макрокапиллярных пор.

3. Замена до 50% дефицитного микрокремнезема на более доступную золу-уноса несущественно отражается на эффективности органоминеральной композиции и в то же время позволяет расширить сырьевую базу производства высокоэффективных модификаторов серии “МБ", уменьшив при этом их стоимость.