Активные минеральные добавки в бетонах
Активные минеральные добавки, вводимые непосредственно в бетонные смеси (активные наполнители), широко применяются для экономии цемента и наиболее энергоемкого их компонента – цементного клинкера.
Введение минеральных добавок в бетонную смесь имеет ряд известных преимуществ по сравнению с их введением в портландцемент. Оно широко реализуется в ряде развитых стран мира. Положительный опыт накоплен и в странах СНГ. Наиболее эффективно введение золы и других минеральных добавок в бетонные смеси на бездобавочном портландцементе. При этом представляется возможным более гибко управлять свойствами бетона, добиваться большей стабильности его качества.
Эффективные способы введения значительного количества минеральных добавок в бетонные смеси могут быть реализованы через технологию вяжущих низкой водопотребности (ВНВ), тонкомолотых многокомпонентных цементов (ТМЦ), интенсивной раздельной технологии (ИРТ). Если, например, при обычном способе введения золы-уноса в бетонные смеси достигается экономия клинкера до 20%, то введение ее с ТМЦ при изготовлении бетонов с суперпластификаторами позволяет сэкономить клинкер в 1,5 раза.
Значения критерия L, рассчитанные по типовым нормам расхода, колеблются в зависимости от вида цемента, удобоукладываемости, проектной марки и отпускной прочности бетона. При использовании, например, портландцемента и его разновидностей и твердения в нормальных условиях для М400 L=0,094…0,156; М500 – L=0,106…0,16; М600 – L=0,133…0,179 (при расчетах условно принято, что цементы содержат 80% клинкера). Наиболее высокие значения критерия L достигаются для бетонов контактной структуры при пустотности заполнителей, приближающейся к минимально возможной. Практический опыт показывает, что для таких бетонов объем цементного теста может быть уменьшен до 12…15% объема бетона. В гидротехническом строительстве имеется опыт получения и применения бетонов из особо жестких смесей с расходом цементно-зольного вяжущего 100…120 кг/м3 и воды 70…80 кг/м3, уплотняемых с помощью специальных виброкатков. У таких бетонов достигается значение критерия L=0,25…0,3.
Для получения плотных бетонов при рядовой гранулометрии смеси заполнителей из малоподвижных и подвижных смесей необходимый объем цементного теста находится в пределах 24…40%. При этом минимальный расход вяжущего независимо от его активности обычно нельзя уменьшить менее 200 кг/м3. Сохранение необходимого расхода вяжущего при снижении доли его клинкерной части и соответствующем увеличении критерия L возможно при введении активных наполнителей (микронаполнителей) в процессе изготовления вяжущего или бетонной смеси без увеличения их водопотребности.
Из выражения критерия L можно заключить, что его увеличение возможно за счет повышения Ц/В без увеличения расхода клинкера, а также роста активности цемента. Для повышения Ц/В могут применятся все технологические приемы уменьшения водопотребности бетонных смесей, из которых особенно эффективным является введение суперпластификаторов.
Активность цемента однозначно связана с прочностью цементного камня, которая, как показано многими исследователями, определяется прежде всего объемом гидратированного цемента и его водопотребностью или водоцементным отношением.
Активные наполнители химически связывают гидролитический Са(ОН)2, увеличивая объем продуктов гидратации. Однако при использовании традиционных (лишь частично гидратируемых) наполнителей, таких, как зола-унос, в пересчете на весь объем наполненного вяжущего значение степени гидратации цемента снижается по сравнению с такого же объема ненаполненного клинкерного цемента, хотя и не пропорционально объему наполнителя. Увеличения интегрального значения можно достичь, применяя различные способы механической и химической активизации цементно-зольного вяжущего, например домол золы, введение ускорителей твердения и некоторых других добавок. При этом во всех случаях, очевидно, нельзя допускать повышения В/Ц цементного камня. Наиболее значительный эффект можно ожидать при одновременном увеличении и уменьшении В/Ц.
Автор исследовал влияние на величину критерия L активированных зольных наполнителей. В качестве активизаторов использованы добавки микрокремнезема (МК) – отхода производства ферросилиция и известково-карбонатной пыли (ИКП) – отхода производства комовой извести. В обоих случаях существенно (на 20…25%) возрастает степень гидратации цементно-зольного вяжущего, в первом – за счет высокой пуццолановой активности МК, во втором – за счет дополнительно вовлекаемой в процесс гидратации золы. Повышение водопотребности бетонных смесей компенсировалось добавкой суперпластификатора С-3.
Структурообразующая роль активированных наполнителей не ограничивается существенным их влиянием на степень гидратации. Микрокремнезем увеличивает поверхностную энергию зольного наполнителя, проявляемую по изменению эффекта аутогезии и теплоты смачивания. МК и ИКП увеличивают прочность коагуляционной структуры и улучшают условия кристаллизации новообразований при твердении цементно-зольного камня, уменьшают водо- и раствороотделение бетонных смесей, повышают адгезионную способность цементного клея.
Влияние комплекса параметров структуры и состава на прочность при сжатии цементно-зольных бетонов с добавками активаторов (А) - МК (У1) и ИКП (У2) можно проанализировать с помощью экспериментально-статистических моделей в 28 сут. нормального твердения (Ун.т) и после пропаривания (Упр).