Представлены результаты исследования влияния добавки бентонита на свойства мелкозернистого бетона. Установлено, что бентонит значительно ухудшает консистенцию смеси и снижает плотность раствора. Добавка может быть использована для снижения водоотделения и расслоения высокопластичных и литых бетонных смесей.
Ключевые слова: композиционный цемент, бентонит, суперпластификатор, прочность, мелкозернистый бетон.
Современная цементная отрасль оказывает значительное влияние на изменения окружающей среды. Общемировое производство портландцемента в 2014 году превысило 3 млрд. тонн. При производстве 1 тонны клинкера выделяется 0,8–0,9 тонн этого парникового газа [1]. Технология этого материала относится к числу наиболее «грязных» с точки зрения выбросов углекислого газа. Источниками эмиссии этого парникового газа в производстве цемента является декарбонизация сырья и сжигание углеводородного топлива.
Портландцемент обладает уникальными технико-строительными свойствами, поэтому его производство, несмотря на экологические проблемы, в ближайшее время будет возрастать. В связи с этим снижение содержания клинкера в бетонах и растворах — важная задача современного строительного материаловедения. Один из основных путей решения этой задачи — получение композиционных цементов с применением различных минеральных добавок.
Для развития технологии производства и применения композиционного цемента необходимо проведение исследований, направленных на поиск новых, более эффективных минеральных добавок, исследование влияния их на свойства цемента и бетона, а также выявление оптимальных областей применения композиционных цементов.
Для снижения доли клинкера в цементе и улучшения его свойств в настоящее время используют широкий спектр минеральных добавок природного происхождения — опоки, диатомиты, также применяют промышленные отходы — золы-уноса, шлаки и др. [1–4]. Одной из минеральных добавок, использующихся для получения штукатурных растворов [5], смешанных композиционных растворов [6] на основе портландцемента является использование бентонитовых глин, которые характеризуются высокой водоудерживающей способностью. Основное применение бентониты находят в нефтегазовой отрасли при изготовлении буровых растворов [7].
В настоящей работе проводились исследования оценки эффективности введения минеральной добавки бентонита в состав мелкозернистого бетона. С учетом особенности добавки бентонита существенно снижать технологичность цементной смеси [5, 6] были проведены сравнительные исследования оценки эффективности бентонита в составах с добавкой суперпластификатора (СП) и без суперпластификатора. Для оценки влияния добавки бентонита на свойства бетона проводилось планирование эксперимента и в качестве факторов, оказывающих влияние, были выбраны X1 — содержание добавки бентонита в % от веса вяжущего и X2 — водоцементное отношение. Содержание добавки бентонита составляло 6 и 12 %, В/Ц от 0,43 до 0,5 (в составах с СП В/Ц варьировалось от 0,29 до 0,44).
При проведении исследований использовались: цемент ПЦ500Д0 (изготовитель ОАО «Мордовцемент»), бентонитовая глина, суперпластификатор Melflux 5581 (Basf, Германия) и сурский кварцевый песок (Пензенская область). Содержание СП составляло 0,5 % от веса композиционного цемента, соотношение вяжущего к песку во всех составах было постоянным и составляло 1:2.
|
а) |
б) |
|
|
|
Рис.1. Расплыв конуса раствора на композиционном цементе в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП
Результаты исследований влияния бентонита на удобоукладываемость растворной смеси показали, что добавка бентонита значительно загущает растворную смесь (рис. 1.а) и введение пластификатора Melflux 5581 не позволяет существенно устранить этот недостаток (рис. 1.б).
|
а) |
б) |
|
|
|
Рис.2. Прочность раствора на композиционном цементе после ТВО при 80°C в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП
Добавка бентонита также негативно сказывается на прочности после тепловлажностной обработки (рис. 2.а), что связано с тем, что прочность глинистых частиц намного ниже прочности цементного камня. За счет снижения В/Ц в результате использования добавки пластификатора (рис. 2.б) прочность увеличивается примерно в 1,3–2 раза.
При твердении в нормальных условиях введение добавки бентонита повышает прочность при более высоком водоцементном отношении, а при низком — уменьшает (рис. 3.а.). Это можно объяснить снижением водоотделения и расслоения растворной смеси повышенной дозировкой воды. При введении суперпластификатора в состав смеси характер зависимости меняется: при отсутствии бентонита прочность возрастает при снижении В/Ц (рис.3.б). При введении 12 % добавки прочность снижается и практически не зависит от В/Ц отношения.
|
а) |
б) |
|
|
|
Рис. 3. Прочность раствора на композиционном цементе через 4 сут твердения в нормальных условиях в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП
Рис.4. Плотность раствора на композиционном цементе через 4 сут твердения в нормальных условиях в зависимости от содержания бентонита и В/Ц
График зависимости плотности раствора от содержания в составе вяжущего бентонита свидетельствует о том, что введение бентонита приводит к снижению плотности в результате более низкой прочности зерен бентонита по сравнению с цементом.
Выводы:
Полученные результаты показывают, что применение добавки бентонита не эффективно в обычных бетонах. С учетом загущающего эффекта бентонит может быть использован для снижения водоотделения и расслоения высокопластичных и литых бетонных смесей.
Литература:
2. Коровкин, М. О. Эффективность суперпластификаторов и методология её оценки: моногр. / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина. Пенза: ПГУАС, 2012. 144 с.
3. Коровкин, М. О. Влияние высококальциевой золы-уноса на свойства самоуплотняющегося бетона / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина // Региональная архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 49–53.
4. Коровкин, М. О. Эффективность использования диатомита в качестве компонента минерально-химической добавки / М. О. Коровкин, Д. С. Саденко, Н. А. Ерошкина // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 253–255.
5. Химич, Т. С. Модифицированная добавка бентонитовой глины для штукатурных растворов на основе портландцемента: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.23.05 / Т. С. Химич. — Челябинск, 2007. 21 с.
6. Seriki Oluwasegun Oluwaseyi. Effects of ordinary portland cement-bentonite Blend on compressive strength of concrete mixes using 19 mm size coarse aggregate. Federal university of technology, akure, ondo state. 2011. 61 p.
7. Сабитов, А. А. Бентониты России: состояние освоения и перспективы развития сырьевой базы / А. А. Сабитов, Е. С. Руселик, Ф. А. Трофимова, А. Н. Тетерин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2010. № 5. С.8–17.
