Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу цемента на единицу прочности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Володин В. М., Мороз М. Н., Калашников В. И., Абрамов Д. А., Ерофеева И. В. Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу цемента на единицу прочности // Молодой ученый. — 2015. — №8. — С. 205-208. — URL https://moluch.ru/archive/88/17327/ (дата обращения: 23.06.2018).

Всеобъемлющим техническим, экономическим и экологическим показателем, характеризующим прогресс в технике и технологии бетонов, является удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии:

В настоящее время этот показатель, в основном, находится в пределах от 8 до 10 кг/м3. Но при переходе на бетоны нового поколения он может быть снижен в 2 раза. В этом случае из производимого цемента можно изготовить бетона в два раза больше при той же прочности.

Мировое производство цемента достигло 3,6 млрд. тонн. Если принять, что на 1 м3 бетона требуется в среднем 400 кг цемента, то мировое производство бетона составит 900 млрд. м3 или 20 млрд. т. Естественно, что эти цифры приблизительны, в связи с тем, что не весь производимый цемент используется на производство цементного бетона общестроительного назначения. Часть цемента используется на изготовление сухих смесей, на тампонирование скважин, на изготовление асбесто-цементных изделий и т. д. Если удельный расход цемента снизить в два раза по сравнению с современным, то производство бетона возрастет в два раза без увеличения производства цемента.

По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон является, и будет оставаться в будущем, основным конструкционным материалом, и занимать приоритетное место в общей структуре мирового производства строительной продукции.

Исходя из литературного обзора, приведен хронологический анализ эволюции изменения прочности и удельного расхода цемента на единицу прочности песчаных бетонов, начиная с 1971 г. Проанализировано более 40 различных, в основном, отечественных литературных источников. Показано, что за 41 год удельный расход цемента снижался от 34 до 4,7 кг/МПа и ниже в песчаных бетонах разных поколений: старого поколения (БСП) с рецептурой сухих компонентов «цемент+песок»; переходного поколения с той же рецептурой и с суперпластификаторами (СП), с возможным добавлением микрокремнезема (МК); в порошково-активированных бетонах нового поколения «цемент+молотый песок или другая молотая порода+тонкий кварцевый или кварцево-полевошпатовый песок или тонкозернистый дробленый песок из горных пород+песок-заполнитель».

В песчаных бетонах старого поколения, изготовленных способами вибрационного уплотнения из сверхжестких, полужестких и пластичных песчаных смесей, был достигнут удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии в пределах от 6–10 (вибрационное уплотнением с пригрузом) до 34 кг/МПа при высокопластичных смесях с прочностью при сжатии 13–96 МПа.

В песчаных бетонах переходного поколения с суперпластификаторами изготовленных на более пластичных смесях от жестких до высокопластичных, удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии находится от 5,3 до 28 кг/МПа, а прочность при сжатии 17–113 МПа.

В более современных песчаных бетонах переходного поколения с использованием микрокремнезема и суперпластификатора достигнут удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии 5,7–14,0 кг/МПа с прочностью 41–128 МПа. С использованием ВНВ с добавкой микрокремнезема, равной 30 % достигнут удельный расход цемента на единицу прочности — 4,4 [1].

Более высокие результаты по прочности достигнуты в работе [2]. Бетон с расходом цемента СЕM I 52,5 N, равный 859 кг/м3 с кремневым наполнителем 172 кг микросиликой 172 кг (20 % от массы цемента) был самоуплотняющимся с расплывом конуса 70 см с прочностью 149 МПа, с удельным расходом цемента на единицу прочности — 5,76 кг/м3. Но этот бетон относится к реакционно-порошковому и не содержит песка-заполнителя.

В бетонах, состав которых был подобран для реализации сверхвысокой прочности и был неизменным [3], а изменялись параметры и режимы скоростного перемешивания бетонных смесей был изготовлен бетон с большим расходом цемента СEM I 52,5 R-HS/NA, равным 832 кг/м3. Он содержал 199 кг кварцевой муки и 15 % микрокремнезема от массы цемента, был полулитым до самоуплотняющегося с прочностью от 140 до 163 МПа, с удельным расходом цемента на единицу прочности — 5,94 и 5,1 кг/МПа.

Самые лучшие результаты получены на порошково-активированных песчаных бетонах нового поколения, разработанных на кафедре ТБКиВ. Переход на бетоны нового поколения с расходом цемента от 200 до 700 кг/МПа (для высокопрочных бетонов, в том числе, без микрокремнезема или с малым содержанием его в диапазоне 7–9 %) стал возможен только при реализации высокой реологии за счет добавления к цементу достаточного количества дисперсных наполнителей, тонкого песка и снижения доли среднего или крупного песка заполнителя. Удельный расход цемента на единицу прочности при сжатии в этих бетонах достиг малого значения от 4,0 до 5,5 кг/МПа. Но верхом достижения можно считать порошково-активированные песчаные бетоны, в которых удельный расход цемента на единицу прочности достигает значений от 2,5 до 3,5 кг/МПа [4, 5], о рецептуре и технологии которого будет сказано ниже.

Многими специалистами считается, что в традиционных трех- и четырехкомпонентных бетонных смесях основой их высокой пластификации являются только высокоэффективные супер- и гиперпластификаторы (ГП). Современные СП и ГП оцениваются по водоредуцирующему эффекту. Максимальный водоредуцирующий эффект в бетонах с высокими расходами цемента, как сообщается в литературе, может достигать в бетонах переходного поколения с СП 30–35 %. Механизм действия как старых, так и новых СП и ГП, практически изучен. Он связан с адсорбцией молекул СП, с изменением ионно-электростатического одноименного заряда частиц, и электрического потенциала и стерическими эффектами. Но в бетонах старого поколения этот механизм «работает» только на ограниченном количестве дисперсной фазы — цементе. Когда в бетоне мало цемента, то водно-дисперсной фазы — агрегативно-устойчивой, высоко-концентрированной суспензии, которая обеспечивает реологическое действие СП и ГП, тоже мало. Поэтому повышенное, но не полное пластифицирование и водоредуцирование обеспечивается только в «жирных» бетонах с содержанием цемента не менее 400–500 кг/м3.

Таким образом, бетонные смеси старого поколения необходимо не только активировать реологическими добавками СП и ГП, но и осуществлять порошковую активацию их для усиления пластифицирующих эффектов.

Термин «порошково-активированные бетоны» был предложен профессором В. И. Калашниковым [4, 6], для того, чтобы название характеризовало суть принципиально новой рецептуры и топологической структуры таких бетонов. В порошково-активированных бетонах содержание дополнительно-введенного порошка должно быть от 40 до 220 % от массы цемента при его содержании в бетоне 170–700 кг/м3. Если в обычных четырехкомпонентных бетонах старого поколения присутствует лишь один порошок — цемент или чисто клинкерный, или с минеральной добавкой до 20 % от его массы (шлак, кварцевый песок, известняк, зола и т. п.) то в зависимости от расхода цемента объемная доля этого порошка в объеме бетона обычно колеблется по нашим расчетам от 6,5 % до 16,1 % (расход цемента соответственно от 200 до 500 кг/м3). Дисперсные наполнители, которые вводили взамен портландцемента для его экономии [7, 8] могут увеличить объем порошкообразной фазы пропорционально разнице плотностей цемента и наполнителя. Так, замена 200 кг цемента в его расходе 500 кг/м3 кварцевым песком плотностью 2,7 г/см3 увеличивает объем смешанного порошка всего на 10 л, т. е. на 6,2 %.

Добавление к цементу массой 500 кг молотого кварцевого песка в количестве 325 кг объем смешанного порошка составляет 285 л вместо 161 л, т. е. возрастает на 77 % по сравнению с объемом, занимаемым 500 кг цемента. Кроме того, в порошково-активированных бетонах должен присутствовать тонко-зернистый порошок кварцевого песка фракцией 0,1–0,5 мм (для российских стандартных рассевов песка — 0,16–0,63 мм) или других мелкодробленных пород (известняка, доломита, гранита, базальта и т. п.). Именно в этом заключается порошковая активация, которая приводит к увеличению объема водно-дисперсной-тонкодсперсной суспензии в объеме бетона до 65–80 %. И лишь 20 % приходится на песок-заполнитель. Самое важное, что значительное увеличение содержания высокодисперсной и тонкозернистой фазы, требующей существенного количества воды для смачивания частиц, заметно снижает расход воды в пластифицированных бетонах и превращает их в самоуплотняющиеся. Если порошково-активированную бетонную смесь изготовить на воде без СП с осадкой конуса 25 см, то она потребует расход воды в 1,5–2,0 раза больший по сравнению с пластифицированной бетонной смесью с тем же составом сухих компонентов.

Все дисперсные и тонкозернистые наполнители впервые были разделены в работах кафедры на два вида, в соответствии с их функциями: реакционно-активные и реологически-активные. Термин «реакционно-активный» (МК, дегидратированный каолин, белая сажа и т. п.) имеет явный физический и химический смысл, характеризующий достаточно интенсивную пуццоланическую реакцию взаимодействия его с портландитом. Молотые и тонкие наполнители (базальт, гранит, диорит, кварц), могут быть и реакционно-активными с замедленным периодом взаимодействия с портландитом или условно-неактивными, доля которых значительно выше, чем МК, если производятся не сверхвысокопрочные бетоны с прочностью на сжатие — 100–140 МПа. В соответствии с нашими исследованиями и те и другие выполняют в бетонной смеси важнейшую функцию, более важную, чем МК. Эта функция следует из физико-химической механики и реологии вводно-минеральных дисперсных систем, способных под действием диспергаторов превращаться из состояния структуры геля в золь. Как известно гель — это дисперсия воды в твердой фазе, а золь — дисперсия твердой фазы в воде. Этот переход сопровождается под действием ионноэлектростатических СП и ГП в водно-тонкодисперсных системах со значительной иммобилизацией воды из структуры геля в золь и лавинообразным снижением предела текучести и вязкости системы. В бетонных смесях старого поколения такому переходу подвержена лишь одна дисперсная система — цементно-водная. Такой реологически-активной системы в БСП мало, что требует введения тонкодисперсных наполнителей и не для замены части цемента, как это осуществлялось ранее, а в значительных количествах к массе цемента. В связи с этим, дисперсные и тонкозернистые наполнители были названы реологически-активными, усиливающими в бетонной смеси действие всех видов пластификаторов.

В западных странах эффективные бетоны выпускаются с добавлением молотых наполнителей. Тонкие пески обычно специально не вводятся, но используемые мелкие пески с максимальным размером частиц 0–1÷0–2 мм, в которых неизбежно присутствуют фракции с частицами тонкого песка. Но доля тонких песков фр. 0,1–0,5÷0,16–0,63 мм в зарубежных песчаных бетонах не регламентируется. Требования к обязательному содержанию такого песка в зависимости от расхода цемента в порошково-активированных щебеночных бетонах были сформулированы впервые в работе [9].

Именно порошково-активированные многокомпонентные бетоны с кардинальным изменением рецептуры являются бетонами нового поколения. И производство дисперсных компонентов и тонкозернистых для производства его должно быть приоритетным направлением в строительной отрасли, тем более, что сырье для них находится в отвалах камнедробления.

 

Литература:

 

1.                   Фаликман В. Р., Сорокин Ю. В., Калашников О. О. Строительно-технические свойства особовысокопрочных быстротвердеющих бетонов//Бетон и железобетон. 2004. № 5. С. 5–10.

2.                   Сильвер Део. Аспекты применения неметаллической фибры. Исследование применения фибры для изделий из бетона / Сильвер Део, CERIB, Франция. // CPI — Международное бетонное производство. 2011. № 4. С. 46–56.

3.                   Петер Либланu, Fachhochschule Кельн, Германия Даниэль Рингвельски, Tillman B/V/ Construction Chemicals, Нидерланды / CPI — Международное бетонное производство. 2012. № 3. С. 32–35.

4.                   Калашников В. И. Терминология науки о бетоне нового поколения//Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103–106.

5.                   Калашников В. И., Суздальцев О. В., Мороз М. Н., Пауск В. В. Морозостойкость окрашенных архитектурно-декоративных порошково-активированных песчаных бетонов//Строительные материалы. 2015. № 3. С. 16–19.

6.                   Калашников В. И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения//Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70–71.

7.                   Соломатов В. И., Глаголева Л. М., Кабанов В. Н., Осипова В. И., Черный М. Г., Маршалов О. Г., Ковальчук А. В. Высокопрочный бетон с активированным минеральным наполнителем//Бетон и железобетон. 1986. № 12. С. 10–11.

8.                   Калашников В. И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов//Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102–107.

9.                   Калашников В. И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч. 3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего//Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22–26.

Основные термины (генерируются автоматически): удельный расход цемента, бетон, единица прочности, переходное поколение, расход цемента, старое поколение, масса цемента, кварцевый песок, кг цемента, бетон нового поколения.


Похожие статьи

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

бетон, каменная мука, расход цемента, общестроительное назначение, самоуплотняющийся бетон, Россия, прочность бетона, организация производства, компонент, удельный расход цемента.

Супер- и гиперпластификаторы. Микрокремнеземы. Бетоны...

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии щебеночных бетонов старого и нового поколения от расхода цемента.

Мелкозернистые бетоны с комплексными упрочняющими добавками

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности. Мелкозернистые бетоны на карбонатно- и глиношлаковых вяжущих, гидрофобизированных стеаратом цинка.

Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности...

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).

Исследование эффективности введения суперпластификатора при...

Масса измельчаемого цемента в каждом опыте составляла 0,5 кг, а масса мелющих тел — 1,2 кг.

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу цемента на единицу прочности.

Супер- и гиперпластификаторы для бетонов нового поколения

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

Влияние порошкового гидрофобизатора на прочность и водопоглощение архитектурно-декоративных бетонов нового поколения.

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Расходы материала, кг. Цемент. 0,372. Песок. 0,660. Доломитовая мука.

Расплыв конуса, см. Добавка Наномодифицированный суперпластификатор MC-PowerFlow 3100, % от массы цемента.

О возможности применения нанодобавок в керамзитобетоне

бетон, добавок, удельная прочность, таблица, наночастиц, смесь, свойство бетона, сжатие, состав, характеристика, свойство, расход цемента, прочность, пластификатор, микросфера, марка, линейный размер, используемый...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

бетон, каменная мука, расход цемента, общестроительное назначение, самоуплотняющийся бетон, Россия, прочность бетона, организация производства, компонент, удельный расход цемента.

Супер- и гиперпластификаторы. Микрокремнеземы. Бетоны...

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии щебеночных бетонов старого и нового поколения от расхода цемента.

Мелкозернистые бетоны с комплексными упрочняющими добавками

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности. Мелкозернистые бетоны на карбонатно- и глиношлаковых вяжущих, гидрофобизированных стеаратом цинка.

Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности...

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).

Исследование эффективности введения суперпластификатора при...

Масса измельчаемого цемента в каждом опыте составляла 0,5 кг, а масса мелющих тел — 1,2 кг.

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу цемента на единицу прочности.

Супер- и гиперпластификаторы для бетонов нового поколения

Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности.

Влияние порошкового гидрофобизатора на прочность и водопоглощение архитектурно-декоративных бетонов нового поколения.

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Расходы материала, кг. Цемент. 0,372. Песок. 0,660. Доломитовая мука.

Расплыв конуса, см. Добавка Наномодифицированный суперпластификатор MC-PowerFlow 3100, % от массы цемента.

О возможности применения нанодобавок в керамзитобетоне

бетон, добавок, удельная прочность, таблица, наночастиц, смесь, свойство бетона, сжатие, состав, характеристика, свойство, расход цемента, прочность, пластификатор, микросфера, марка, линейный размер, используемый...

Задать вопрос