Библиографическое описание:

Дрянин Р. А., Сехпосян Г. П., Ананьев С. В., Калашников В. И. Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности реакционно-порошковых бетонов // Молодой ученый. — 2014. — №13. — С. 44-47.

Еще в период создания реакционно-порошковых бетонов в 1992–94 гг. Richard P. и Cheyrezy M. H. доказали [1], что для создания бетонов с высокой прочностью содержание микрокремнезема (МК) должно составлять в литых бетонах 25–30 % от массы цемента.

Позднее в 2004 году было показано, [2] что из смеси цемента и микрокремнезема в соотношении до 1:1, при добавлении 1000 кг очень мелкого песка менее 0,5 мм путем прессования, выдержки в воде в течение 8 суток, последующей выдержки в воде при температуре t = 90оС и сушке при температуре t = 270 оС были получены бетоны с прочностью 280–370 МПа.

Расходы микрокремнезема, доходящие до 1000 кг/м3, а также жесткие тепловые режимы крайне не экономичны, и они пригодны лишь для науки с целью показать возможности реакционно-порошковых смесей при синтезе самых низкоосновных гидросиликатов. Реальные режимы пропаривания для литых реакционно-порошковых бетонов — 85–95 оС [3].

В последние годы высказываются теоретические мнения относительно низкого ингибирующего действия арматуры в малощелочной среде бетонов, в котором весь портландит связан в гидросиликаты кальция. В связи с этим предлагается вводить микрокремнезем в количестве 10–15 % от массы цемента. В целом ряде зарубежных работ для получения реакционно-порошковых бетонов с прочностью 190–200 МПа рекомендуется вводить 25–30 % микрокремнезема.

Мы провели свои научные эксперименты по изучению роли и дозировки микрокремнезема в реакционно-порошковых бетонах нового поколения [4].

Контрольный состав изготавливался из порошкового бетона без микрокремнезема (состав ПБ-7) на Подольском цементе М500 ДО, который предварительно смешивался с гиперпластификатором Melflux 5581F в сухом виде в смесителе с последующей активацией в шаровой мельнице в течение 5 минут. Установлено, что такая обработка практически не увеличивает дисперсность (не более 20–40 см2/г), но повышает однородность.

Второй, третий и четвертый составы (ПБ-3, ПБ-4, ПБ-5) изготавливались, соответственно с добавлением 5, 10 и 15 % микрокремнезема от массы цемента. Процедура приготовления сухой цементно-микрокремнеземистой смеси с гиперпластификатором, аналогична приготовлению контрольного состава: компоненты активировались в мельнице, в течение 5 минут.

Результаты исследований представлены в таблицах 1; 2; 3; 4. В контрольном составе ПБ-7 смесь была умеренно-текучей (табл. 1). Порошковый бетон без микрокремнезема на Подольском цементе обладает достаточно высокой прочностью на сжатие (126 МПа), но повышенной хрупкостью с невысоким условным коэффициентом трещиностойкости. Удельный расход цемента на единицу прочности равен 5,42 кг/МПа.

Таблица 1

Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства бетона без микрокремнезема (состав ПБ-7)

Наименование компонентов

На 1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц, В/Т

ρ, кг/м3

Прочность МПа, через, сут.

1

2

3

7

28

ЦДС Цемент

Подольский

ПЦ 500 Д0, с

1,0 %

Melflux 5581F,

Sуд = 6272 см2

683

220,3

0,342

2327

Rизг

7,5

Rизг 8,0

Rизг

11,2

Rизг

12,0

0,11

Rсж

41,2

Rсж

57,6

Rсж

75,6

Rсж

103

Rсж

126

 Микрокварц пылe-

видный ЛГОК (ПМ),

Sуд = 3998 см2

341,5

129

РК

Хагерманна

280×285

мм

 = 5,42 кг/МПа;

 = 0,184 МПа/кг

 = 56,9 кг/МПа

 = 0,095

Песок формовочный тонкозернистый

ЛГОК (ПТ),

фр. 0,16–0,63 мм

1102,4

416

ΣМсух.

Вода

2127

234

765,3

234

Мб.с.

2361

999,3

Введение 5 % микрокремнезема мало увеличивает прочность как на сжатие (124 МПа), так и на изгиб (11 МПа) (табл. 2) по сравнению с контрольным составом. При одинаковых значениях В/Ц и В/Т — отношений и реотехнологических показателях плотность бетонной смеси практически не увеличилась, но содержание вовлеченного воздуха в бетоне с микрокремнеземом было 3,2 %, в то время как в контрольном составе 2,5 %.

Таблица 2

Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства бетона с 5 % микрокремнезема (состав ПБ-3)

Наименование компонентов

На 1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц В/Т

ρ, кг/м3

Прочность МПа, через, сут.

1

2

3

7

28

 ЦДС Цемент Подольский

ПЦ 500 Д0, с 1,0 % Melflux 5581F, с МК Новокузнецким 5 % от цемента,

Sуд = 7050см2

728

Ц

693

223,5

0,343

2308

Rизг

8,4

Rизг

9,1

Rизг

9,6

Rизг

10,1

Rизг

11

МК

35

15,2

0,11

Rсж

58,8

Rсж

80

Rсж

85,2

Rсж

109

Rсж

124

 Микрокварц пылевидный ЛГОК (ПМ), Sуд = 3998 см2

344,3

130

РК

Хагерманна

265×270

мм

 Песок формовочный

тонкозернистый ЛГОК (ПТ),

фр. 0,315–0,63 мм

1092

412

 = 5,6 кг/МПа;

 = 0,18 МПа/кг

 = 63 кг/МПа

 = 0,088

ΣМсух.

Вода

2164,3

238

780,7

238

Мб.с.

2402,3

1018,7

Добавление в бетон 10 % микрокремнезема (состав ПБ-4) (табл. 3) с некоторым понижением В/Ц (на 1,17 %), при неизменном В/Т — отношении, сохраняет консистенцию контрольного состава, плотность бетона и повышает прочность на сжатие (132 МПа) и растяжение при изгибе (14 МПа). Если сравнить прирост прочности по сравнению с первым составом, то она возрастает, соответственно, на 17 и на 10 %.

Реакционно-порошковый бетон с 15 % микрокремнезема (состав ПБ-5) (табл. 4) при неизменном реотехнологическом показателе по сравнению со вторым составом интенсивно набирал прочность во времени и существенно повысил прочность на растяжение при изгибе на 38 %. Прочность на сжатие возросла незначительно (136 МПа). Возможно, прочностные показатели были бы и выше, но в бетонной смеси содержалось больше воздуха (3,9 %) чем в других составах, а плотность бетона была наименьшей (2283 кг/м3). Поэтому повышение прочности произошло из-за более высокой плотности и прочности высококремнеземистой матрицы.

Таблица 3

Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства бетона с 10 % микрокремнезема (состав ПБ-4)

Наименование компонентов

На 1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц, В/Т

ρ, кг/м3

Прочность МПа, через, сут.

1

2

3

7

28

ЦДС Цемент Подольский

ПЦ 500 Д0, с 1,0 % Melflux 5581F, с МК Новокузнецким 10 % от цемента,

Sуд = 6975 см2

757

Ц

688

222

0,338

2325

Rизг

7,8

Rизг

8,8

Rизг

10,1

Rизг

14,0

МК

69

30

0,11

Rсж

37,2

Rсж

61,6

Rсж

67,6

Rсж

89,6

Rсж

132

Микрокварц пылевидный ЛГОК (ПМ),

Sуд = 3998см2

339,4

128

РК

Хагерманна

285

мм

 = 5,2 кг/МПа;

 = 0,19 МПа/кг

 = 49,1 кг/МПа

 = 0,106

Песок Формовочный тонкозернистый ЛГОК (ПТ),

фр. 0,16–0,63 мм

1018,2

384

ΣМсух.

Вода

2114,6

233

764

233

Мб.с.

2347,6

997

Таблица 4

Состав, реотехнологические показатели бетонной смеси и физико-технические свойства бетона с 15 % микрокремнезема (состав ПБ-5)

Наименование компонентов

На 1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц

В/Т

ρ, кг/м3

Прочность МПа, через, сут.

1

2

3

7

28

ЦДС Цемент Подольский

ПЦ 500 Д0, с 1,0 % Мelflux 5581F, с МК Новокузнецким 15 % от цемента,

Sуд = 6975 см2

807

Ц

702

232,3

0,332

2283

Rизг 10,4

Rизг

10,1

Rизг

12,4

Rизг

21,6

МК

105

45,6

0,11

Rсж

48,4

Rсж

70,4

Rсж

82

Rсж

105

Rсж

136

Микрокварц пылевидный ЛГОК (ПМ),

Sуд = 3998 см2

339,4

128

РК

Хагерманна

255

мм

 = 5,16 кг/МПа;

 = 0,194 МПа/кг

 = 32,5 кг/МПа

 = 0,159

Песок Формовочный

тонкозернистый ЛГОК (ПТ), фр. 0,16–0,63 мм

975

368

ΣМсух.

Вода

2121,4

233

773,9

233

Мб.с.

2354,4

1006,9

В целом, при увеличении содержания Новокузнецкого МК, в соответствии с проведенными нами экспериментами, наблюдается больший прирост прочности на растяжение при изгибе (до 21,6 МПа) (табл. 4,), чем на сжатие.

Из анализа научных результатов видно, что с повышением содержания микрокремнезема по мере увеличения прочности бетонов, величина условного реологического критерия  возрастает с 1,33 до 1,73, а объем тонкого песка, определяющего структуру топологической матрицы, уменьшается с 416 л до 368 л. При насыпной плотности песка в уплотненном состоянии 1,53 кг/л и пустотности песка 42,3 % (423 л), коэффициент, равный отношению объема песка к объему пустот в нем и, характеризующий компактность структуры при сохранении оптимального объема для размещения реологической матрицы первого рода, равен 0,87.

Литература:

1.                  Richard P., Cheurezy M. Reactive Powder Concrete with High Ductility and 200–800 MPa Compressive Strength.// AGJ SPJ 144–22, — 1994, pр. 507–518.

2.                  Abouzar Sadrekarimi. Development of a Light Weight Reactive Powder Concrete. Journal of Advanced Concrete Technology. Japan Concrete Institute. Vol. 2, No 3, 409–417. October 2004.

3.                  Schmidt M. 50 Jahre Entwicklung bei Zement, Zusatzmittel und Beton. Schriftenreihe Baustoffe. / M. Schmidt Centrum Baaaustoffe und Material- prufund.– 2003. — H.2, — Р. 189–198.

4.                  Калашников В. И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов // Популярное бетоноведение. — 2008. № 3. С. 102.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle