автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны с дисперсными минеральными добавками вулканического происхождения

; " ГОССТРОЙ СССР

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона

„НИИЖБ"

На правах рукописи

ЦАРИК Александр Михайлович

УДК 666.972

БЕТОНЫ С ДИСПЕРСНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —1991

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени. Научно-исследовательской,, яроектно-конструкторском и технологическом институте батона и железобетона /ШШБ/ Госстроя СССР.. НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических нау

С.А.Высоцкий

ОМЩИАЛЬШЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук*

профессор.Ф.М.Иванов - кандидат технических нау , 1 Л.Б.Гс|льдепберг'

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - ПТЙ технологии и органиг-

зации строительства концерна "Росвостокстрой

Защита состоится У-Ь" С'^Л 199/г. в /т^часов

на заседании специализированного Совета К.033,03.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, ироектно-конструкторскои и технологическом институте бето. на и железобетона /БИШБ/ Госстроя СССР по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская,6.

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке НИШБ. ' Автореферат разослан " /-<-'О ^' О/1 / 199 7г.

Учоццй секретарь спвпиализарованпого Совета ^ > ,

кандидат техшческих наук Г.П.Королева

•ЯШ

итуальность паботк. Одним из важнейших способов уменьшения дефи-^|вяжущих материалов, а также повышения экономичности изделий конструкций является использование в бетонах минеральных доба-эк ( МД) различного вида. Введение их может осуществляться как в эставе многокомпонентных цементов, так и автономно - при переме-1вании бетонных смесей. Последнее направление вызывает возрастаний интерес среди исследователей и в целом ряде случаев является редпочтительным по сравнению с использованием смешанных вяжущих фиксированным содержанием добавки, поскольку позволяет осуществить избирательное дозирование добавок в зависимости от различных эхнологических факторов, и в первую очередь - от проектной проч-эсти бетона; оптимизировать дисперсность добавок в зависимости г их вида и свойств, что недостижимо при изготовлении цементов с збавками путем совместного помола; использовать различные мест-ае МД.

Возможность изготовления МД на помольных агрегатах комбина-эв строительных материалов, заводах по производству минеральной ¡гки, региональных помольных установках, а в перспективе - непос-здственно на заводах НЕЙ, в т.ч. в струйных и вибромельшцах, задает предпосылки для развития производства дисперсных минераль-IX добавок и использования их в бетонах. Однако этот процесс в рачительной мере сдерживается недостатком сведений о закономер-эстях изменения свойств бетонов в зависимости от вида и свойств водимой добавки, от различных технологических факторов, отсут-гвием рекомендаций по рациональной дисперсности МД, а также на-етием зачастую необоснованных запретов на их применение в пропа-1ваемых бетонах.

С учетом ограниченности ресурсов наиболее эффективной МД -оменного гранулированного шлака и недостатка установок сухого гбора золы в ряде регионов нашей страны (Восточная Сибирь, Буря-

тия, Дальний Восток, Камчатка, Закавказье, Украина) в-качестве минеральных добавок могут быть перспективны вулканические горн породы, многие разновидности которых характеризуются значитель пуццолааической активностью и весьма большими запасами. Для ря месторождений, в частности, Мухор-Талинского, требует разрешен вопрос утилизации сопутствующих перлиту пород, в настоящее врв! выбрасываемых в отвалы и удорожающих основное сырье.

Исходя из этого, кельи диссертационной работы явилось иэу те влияния дисперсных минеральных добавок вулканического прою хождения на прочностные и эксплуатационные характеристики тя^ бетонов и выявление условий наиболее эффективного использованш

Автор защищает:

- результаты исследований свойств вулканогенных шшеральнь добавок и их взаимосвязи с прочностными характеристиками бетоне

- установленные экспериментально рациональные характеристн дисперсности вулканогенных МД;.

- методику оценки эффективности минеральных добавок в бето

- классификацию добавок вулканического происхождения по их эффективности в бетонах;

- результаты исследований поровой структуры и основных экс плуатационных свойств бетонов с указанными добавками.

Научная новизна работы:

- введено и обосновано понятие эффективности минеральных д бавок, разработана методика еа определения;

- исследована эффективность ряда МД вулканического происхо: дения( в т.ч. малоизученных цеолитовых пород) в зависимости от различных технологических факторов, предложена классификация МД

- развиты представления о механизме действия пуццолановых добавок в бетонах и на их основе выявлены и объяснены закономерности изменения прочностных характеристик бетонов при введении

аких добавок;

- изучены особенности водоотделения свехеуложенного бетона МД во взаимосвязи со структурой камня;

- исследован комплекс строительно-технических свойств и ха-1ктерясттси поровой структуры бетонов с эффективными вулканоген-шя МД.

Практическое значение работа:

- разработана методика подбора состава бетона с автономно юдимыми минеральными добавками;

- разработаны технические условия ГУ 110-023-88 "Бетоны тя-1лые и легкие с дисперсными минеральными добавками на активиро-1шшх цементах для сборных железобетонных изделий";

- выявлены и рекомендованы для применения конкретные разновнд-юти МД вулканического происхождения, установлены требования к

м по дисперсности, разработаны экономичные составы бетонов;

- изучены важнейшие строительно-технические свойства бетонов вулканогенными добавками и рекомендованы рациональные области

; применения.

Внедрение работа. Предложенная методика оптимизации состава тонов с автономно вводимыми минеральными добавками использована и составлении "Рекомендаций по подбору составов тяжелого бетона"; зработанные технические условия ТУ 110-023-88 используются на едприятиях концерна "Росвостокстрой"; произведена проверка ряда новных выводов в производственных условиях ТС0 "Дальстрой". Апробация работы. Материалы диссертации докладывались:

1. На ХХП Международной конференции молодых ученых в области тона и железобетона. Иркутск,1990 г.

2. На научно-техническом семинаре "Экономия цемента и повы-ние качества бетона в производстве сборного железобетона", iîîlî им.Ф.Э.Дзержинского, Москва, 1990 г.

3. На ХХШ Международной конференции в области бетона и железобетона "Волго-Балт -91", Москва-Ленинград, 1991 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 141 наименования, содержит 117 страниц машинописного текста, 33 таблицы, 32 рисунка.

Работа выполнена в лаборатории тяжелых бетонов НИШЕ Госстр СССР в 1987-90 гг. под руководством кандидата технических наук С.А.Высоцкого.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ литературных источников показывает, что исследования различных видов минеральных добавок к цементам и бетонам начато практически одновременно с открытием портландцемента и в настоящее время являются одной из основополагающих тенденций в бетоко-ведении.

В последнее время рядом исследователей высказываются дискус сиошше положения о рациональной дисперсности МД, диапазон рекомендуемых значений которой составляет для одних и тех те добаво от 100 до 1000 м^/кг и более; треоует дополнительного изучения вопрос определения оптимального содержания добавок . Необходимо уточнение перспектив использования новых видов вулканических добавок, в частности, цеолитовых пород. Малообоснованны действующи сегодня метода оценки качества МД.

В связи с этим в процессе работы решались задачи, связанные с усовершенствованием существующих методов оценки минеральных дс бавок, выбором наиболее перспективных МД вулканического происхождения, выявлением их рациональной дисперсности, оптимизацией состава бетонов, режимов и условий их ввдершшания, изучением Свойств бетонных смесей и бетонов.

Анализ показывает, что принятое и распространенное сегодня разделение МД на активные и инертные по способности взаимодействовать с гидроксидом кальция является весьма условным и не отражает-специфики их поведения в композициях на портландцемонтах, не позволяет объективно характеризовать добавки, обладающие собственной гидравлической активностью, а также инертные вещества, введение которых в тонкомолотом виде может давать эффект в бетонах. Методы, основанные на испытаниях стандартных растворных образцов, характеризуются значительным разбросом результатов при определении прочности, могут давать завышенную оценку добавок по сравнению с испытаниями в бетонах вследствие большей пористости растворов, не позволяют использовать основной критерий - экономию цемента, достигаемую за счет введения МД в бетон.

С учетом этого для оценки МД предложено определять их эффективность ( Эц ) в бетоне стандартного состава ПЦ:МД:П:Щ=0,6:0,4:2:3,5 прз значении В/Ц, обеспечивающем получение смесей умеренной подвижности ( О.К.=2-4 см ) :

Э , Д/В-ЦУК" (1)

« • гь . Ц/Н 1

где Ц и Ц" - расходы портландцемента соответственно в бетоне без

добавки и с добавкой;

Е и В" - соответственно прочность бетонов при сжатии;.

п, - доля добавки в смеси с цементом, отн. ед.

Величина Эц показывает, какое количество портландцемента в кг на единицу прочности бетона мояно сэкономить за счет введения I кг минеральной добавки в бетон стандартного состава.

Прочность бетонов указанного состава с различными МД при использовании портландцементом М400, как правило, соответствует маркам 200-300, в которых, как показали проведенные эксперименты,

наиболее целесообразно применение МД; кроме того, при этом обес-

печивается минимально допустимый расход Щ в бетона - 200-205 кг/

Заданную удобоукладаваемость рекомендуется получать путем ре гулирования расхода воды, что удобнее и позволяет более отчетливс выявить качество МД.

Использование предложенной методики позволило разграничить вулканогенные добавки по эффективности (табл.1) и выбрать для более углубленного изучения перлит, характеризующийся наибольшими значениями Эц.Были такке исследованы !ЛД меньшей эффективности -вулканический шлак, важнейшей предпосылкой к использованию которого является значительная освоенность целого ряда месторождений, и одна из разновидностей цеолитовых пород, усиленно пропагандируе мых рядом авторов для применения в цементах и бетонах.

Перлит Арагацкого и шлак Паратунского месторождений предстаь лжот собой практически чистое вулканическое стекло ( содержание стеклофазы около 95$ ) , основными компонентами которого являются силикаты и алюмосиликаты; перлит относится к кислым породам ( 73$$¿02) , а ишак - к средним ( 53-55$ ) . Цеолитовая порода Николаевского месторождения по данным рентгенофазового анализа содержит порядка 60% клиноптилолита - каркасного алюмосиликата с открытой канальной пористостью и сильно развитой внутренней поверхностью. Как видно из табл.1, данные материалы значительно различаются по химической активности, водопотребносги и другим характеристикам.

Анализ экспериментальных данных, а такке существующих представлений о роли пуццолановых МД а бетонах показывает, что их 'эффективность определяется взаимодействием следующих основных факторов.

I. Химиче£кая_активность пуццолан, связанная со способность! реагировать с выделяющимся при гидратации цемента гидроксвдом

кальция с образованием дополнительного количества гидратов, явля-

V * 4J JJ J (ittuuw* W fcüiUUW ^WV UiU Vik JJ W W * Wfci WA «AMji^U^/AMS/* V VWW^Ui'U

Наименование МД Характеристики УД Зодовя- Показатель эффективности Эп, кг/кг Группа

А* СаО' иг/г НГ . теста,% SyÄ» I£/KT куцее охноае- ние бетона 4 ч после ТВО 28 сут после ТВО 28 сут норн.тверд. щ по эффективности

Основной доменный план 22 22 260 0,52 1,22 1Д2 0,92 Высокая

Перлит Ягодинсний 65 44 680 0,51 1,0 0,9 0,51 —к—

Перлит Арагацкий ■60 34 800 0,50 1,28 0,55 0,52 Средняя

Туф Свяхогорский - 30 530 0,48 0,93 0,43 0,47 —П—

Туфобазалм Святогорскзй 31 38 . 590 0,48 0,48 0,31 0,52 ""и"*

Витрокластический туф 85 32 550 0,55 0,37 0,33 0,58 -11""

Цухор-Талинский

Вулканический шлак Козельский 18 28 . 380 0,51 0,40 0,33 0,58 —

Цеолит Николаевский 98 35 850 0,59 0,77 0,27 0,43 Низкая

Вулканический шлак 23 24 350 0,50 0,20 0,21 0,37 — Ц —

Дарагунский

Туф Харпичанский - - 570 0,52 0,23 0,21 0,10 —нГ

Цеолит u/p "Радде" - - 720 0,59 0,80 •о.п 0,27 Г

Липарит liyxop-Талинский - 28 355 0,51 -0,81 -0,33 0,11 Неэфф,

Цеолит Ягоднинский 51 38 450 0,62 -0,55 -0,50 -0,41 ' —11—

Молотый кварцевый песок 10 24 325 0,51 -0,66 -0,30 0,10

*) По ускоренной методике НИИХБ.

адихся носителями прочности. В работе выявлена близкая к логарифмической зависимость величины поглощения СаО вулканогенными и другими добавками пуццоланического действия при тепловой обработке о» их дисперсности, содержания кремнезема и стеклофазы, позволяющая на основе этих характеристик приближенно оценить пуццоланическую активность МД.

П. Микронаполдедщй_эф|)ек2 частиц МД, выражающийся в улучшении гранулометрического состава смаси цемента и заполнителей и, как следствие, в повышении плотности и прочности батона.

Ш. Водопохребдость добавок, в значительной степени определяющая расход воды в бетонных смесях.

Эффективность добавок повышается с ростом их пуццоланической активности и способности проявлять микронаполняющее действие, а также с уменьшением водопотребвости. Определяющее влияние на первые два фактора оказывает дисперсность материала, поэтому выявление ее рациональных параметров имеет первостепенное значение.

Исследования показали, что в пределах реально достижимой в

О

современных помольных агрегатах дисперсности ( 800-1000 м*укг ) химическая активность и микронаполнящий эффект добавок постоянно повышаются с повышением тонкости их помола; изменение водопотреб-ности незначительно. Так, домол МД с 300 до 800 м2/кг приводит к росту прочности бетона эталонного состава с добавкой наполнителя ( молотого кварцевого песка) - на 15-17$, с добавкой вулканического шлака - на 20-35$, перлита - на 25-50$.

Поскольку на практике изготовление столь тонкодисперсных материалов затруднительно, то,исходя из обеспечения существенной экономии цемента ( не менее I5-20& в бетонах MI5Q-M250), рекомендуется принимать тонкость помола перлитовых пород не ниже 300-350 м^/кг, вулканических шлаков и туфов - 500-550 м^/кг, цеолитовых пород (в основном легкоразмалываемых) - 1500 м^/кг.

Экспериментально выявлено значительное влияние химико-минералогического и вещественного состава цемента на эффективность и активность вулканогенных добавок. Их повышению способствует использование цементов с высоким содержанием щелочей, что связано с возрастанием растворимости и степени гидратации вулканических стекол при увеличении щелочности среды. Наилучшие результаты получены в бетонах на основе Воскресенского портландцемента, содержащего до 1,5% Р20, в т.ч. 0,6/6 легкорастворимнх соединений. Отмочена большая эффективность иэучешшх добавок в сочетании с чистоклинкерны-ми цементами, нежели с цементами, содержащими в своем составе МД.

Микронаполняодий эффект МД существенно зависит от зернового состава применяемого мелкого заполнителя, в частности, от содержания тонкодисперсных фракций ( менее 0,14 мм ) , сопоставимых по размерам с частицами добавок. При снижении количества таких фракций в песке с 20% до 0 и повышении Мк с 1,0-1,2 до 1,8-2,0 эффект1 МД в бетоне стандартного состава возрастает в 1,3-1,7 раза.

Одним из главных условий эффективного применения минеральных добавок является оптимизация их содержания в бетоне.

На основе доработки традиционного метода в работе предложена единая схема подбора состава бетонов с различными МД, включающая назначение начальных, составов бетона с варьированием не менее чем не трех уровнях расхода добавки и цементко-водного отношения и уточнение расходов материалов в опытных замесах. Затем, на основе графиков зависимости Кй Ц/В) и =|( Ц) строятся линии равной прочности бетонов в координатах: расход цементв-расход МД, по которым устанавливается оптимальный расход последней в бетонах разных марок ( рис.1) . Варьирование расхода МД средней эффективности рекомендуется осуществлять в пределах 0-300 кг/м3 с шагом 75-100 кг/м3..

В результате проведенных исследований установлено, что полу-

о 100 Ш ЗШ ТОО расход минеральной добавки, кг/»3

Рис. I Схема определения оптидального количества минерально!! добавки в бетонах разик марок

1-4 - липки равной прочности бетонов /прочность батона соответственно 10,20,30 и 40 ."Ша/

чаемый за счет введения пуццолановых добавок прирост прочности бетонов в возрасте I сут посла вропаривания пряно пропорционален общему количеству извести, связанной добавкой в единице объема бетона; фактором прочности бетона в этом случае является выражение

С Ц/В)+ К-ВД^о . (2>

где Ц и В - расходы цемента и воды в бетоне о МД;

К - коэффициент пропорциональности, не зависящий от расхода, дисперсности и химической активности МД и уровня прочности, бетона. Для исследованных добавок перлита и вулканического шгака величава К составила примерно 0,П»1£Г3 м3/кг;

МД - расход минеральной добавки в бетоне, кг/м3;

А^до - активность добавки по связыванию извести в процессе ТВО, мг/г, определяемая по ускоренной методике НЙШБ.

. В работе получена щшюпропорцпональная зависимость прочности бетонов после прожаривания от предложенного фактора прочности; коэффициент корреляции составил 0,977( рис.2 К

Выявленная взаимосвязь имеет место при условт, что количество извести, ввделенной при гидратации портландцемента,не меньиа, чем может быть связано в тех же условиях минеральной добавкой, т.е.

Щ'СаОса>МД«АСа0 ш ВДДЩ > /иа0/СаОсв, (3)

где СаОсв - количество свободной изваста, мг» выделяемой 1 г цемента при тепловой обработка.

При этш основывались на допущении, что пувдоланичасжаи реакция проходит с образованием преимущественно одноосновных гвдросшшка-тов кальция.

Полученная зависимость может быть использована доз назначения водоцементаого отношения начальных составов бетона а определения оптимума МД на основе упрощенных испытана}!.

Одной из важнейших закономерностей поведения МД в бетонах является снижении их оптимального расхода к достигаемого аМокта

Pic.2 Заввсшмость прочноста бетона с мнеральнша добавка;;« после тепловой обработка от фактора прочности ( К=1,1"10~'4 м3/кг )

- • бетоны с перл*тоы; о бетоны с вулкавчческви щлакоы; « бетоны без зд

ларе возрастания Ц/В-отношения и марки бетона ( табл.2) , что эано с особенностями проявления добавками химической активно, микронаполнявдего действия и влияния на водопотребность бе-шх смесей.

Оптимальное содержание вулканических добавок в бетоне с пози-

проявления ими пуццоланической активности определяется из ус-

1Я, что выделенная гидратирущшся портландцементом к опреде-

юму сроку известь будет связана в продукты пуццоланической

одии, т.е. ПЦ'СаОсв = МД-АСа0> откуда Щ^ПЦ- ( 4 )

оа о

видно, с увеличением расхода цемента оптимум добавок и _эффект IX введения должны возрастать, т.к. увеличивается количество хшштелыю образующихся гидратов, вносящих вклад в прочность. Оптимум добавки как наполнителя снижается при повышении уро-прочностя бетона, поскольку по мере возрастания Ц/В уменьшает->бщая пористость растворной составляющей бетона и тоньше стано-зя водные прослойки; соответственно снижается доля более тон-частиц добавки, участвующих в уплотнении смеси, и возрастает i крупных частиц, действие которых выражается в раздвижке зе-цемента и ухудшении контактов между ними. Начиная с определен> значения цементно-водного отношения (в наших опытах 1,6-1,8 ) Являющее действие наполнителя превалирует над уплотняющим,и юниэ его приводит к снижению прочности бетона, В частности,, малыша расход молотого песка с 5 уд=400 м2/кг уменьшается с -250 кг/и3 в бетона 1Я00 до нуля в пропаренном бетоне М250 350 в бетоне нормального твердения ) соответственно, с 10(20)% *уля уменьшается экономия цемента.

Для бетонов о минеральными добавками справедливо известное шло постоянства водопотребноста , пределы действия которого 1сят от характеристик ИД; сохранение расхода вода в умеренно-зижннх бетонных смесях наблюдается при суниарном расходе ЕЦ+Щ[

к?

иоъа-

нко Ц

Пеолкт 300 Арзгап- с,сп

800

Расход и экономия цекэвха в пропаренных бетонах яри использовании вулканогенных МД различного гида

"расхода составляющих, кг/ы^ в бетонах следующих марок

Таблица 2

Экономия цемента в бетонах

100

200

300

400

НЮО

к200

нзоо

М400

300 550

еоо

Булка ни ческой шлак

Пара- «п тукскии ■

Деолкг 1£00

е^екав

од мд в ПЦ МД В' ПЦ мд в щ мд в -КГ м о* 79 ■" кг У % "......КГ % КГ я

205 - 175 255 ~ 170 310 - 170 375 - 170 м - «и - а» _

120 200 100 205 150 175 ч» 65 41 50 20 м -

ЮС 200 170 190 200 175 290 150 180 - - 105 51 65 25 20 6 -

80 200 160 165 200 165 245 200 170 530 200 180 125 61 90 35 65 21 45 12

140 350 170 255 250 170 - - - ■» «в» 65 32 10 - -

120 300 170 210 200 170 т вт •и Ф» ят 85 41 45 18 - т - _

.100 250 165 185 200 170 275 150 170 » - - 105 51 70 27 35 II - -

100 200 165 165 200 170 230 гад 170 . 305 200 170 105 51 90 35 80 26 70 19

100 300 230 230 150 200 105 51 25 10 - • 0т

450-500 кг/м3 для добавок, близких по Балтике нормальной густы к цементу (вулканические илаки, колотый песок ) , до 35000 кг/м3 - для добавок средней водопогребпости с НГ=30-35£ перлита, вигрокластпчэскио туфа, туфобазальты ) , до 250-300 /мэ - для цеолитов я цеолитизированных туфов. При более высоких гходах вяжущего водопотребность бетонных смесей возрастает теа иьнее, чем ьшае водопотребность МЛ; так, для взделепных групп íbbok удельное увеличение расхода воды составляет соответствен-8-10, 15-20 и 35-45 л на 100 кг введенной добавки.

Таким образом, эффект МД, обусловленный их пувдолапаческой гивно('ты), в бетонах низких марок складывается с эффектом шпсро-юлнения; при увеличении Ц/В свкла 1,6-1,0 действие частиц до-зок становится разуплотняющим, сушарккй аффекг ЦД снижается; фастание водопотребностп бетонных смесей Ензнвзет необходимость, »личивать расход цемента, и, начиная с определенного уровня »чности бетона, введение добавок становится нецелесообразным.

Установлено, что добавка перлитовых пород позволяют получать (номгао цемента в бетонах марок до 300-350, добавки менее актив: вулканических шлаков и туфов - до М250-300, цеолитовых пород юлотого песка - до ?Я50.

Экономия цемента при использовании вулканогенных ЦД средней активности незначительно зависит от условий твердения и соснет в батонах MI00-MI50 - 40-60?; М200-250 - 20-40$; M300-350 0-20$.

Для обеспечения высокой эффективности вулканогенных ЦД вводимо учитывать особенности тепловлажностной. обработки бетонов, ледше, вследствие повншешшх значений В/Ц, характеризуется едлешгам темпом роста прочности до начала проваривания,поэто-следувт увеличивать на 2-3 ч время предварительной вцдергки;

;ругой стороны, интенсивное твердение таких бетонов в процессе

изотермического выдерживания при температуре 80°С и выше позвол ет сократить продолжительность згой стадии на 2-3 ч. Таким обра общая длительность ГВО может приниматься такой же, как и для бе добавочных бетонов, что обеспечивает 1-1,5-кратную оборачиваемо форы и пропарочных камер. При этом относительная прочность поел пропаривания будет не ниже, чем для равномарочных бетонов на ис ходном портландцементе.

Изучение поровой структуры бетонов с добавками тонкодиспер ного перлита и ишака показало,'что они характеризуются значител большим содержанием пор радиусом менее 1000 R по сравнению с ра нопрочннми бетонами на портландцементе ( соответственно 65 и 25 общей пористости в бетонах М200) и в 2-3 раза меньшим средним радиусом капилляров ( значения Д соответственно 0,9-1,4 и 2,1-2

Объясняется подобное различив, на наш взгляд, в основном т что введение МД позволяет практически избежать внутреннего водо отделения, выражающегося в образовании прослоек воды под зернам заполнителя и приводящего к формированию дефектной и неоднорода структуры бетона. Сравнительные исследования процесса водоотде-ления в свежеуложенном цементном тесте, растворе и бетоне выяви гораздо меньшую-( в 3 и более раз ) величину внутреннего водоот деления в бетонах с добавками, нежели в бездобавочшх, что прел полагает соответственное уменьшение объема открытых пор седимеи тационного происхождения, размеры которых оцениваются единицам» и десятками микрон. Доля таких пор, по данным ртутной порометр«: составила порядка 33$ в бетоне М200 на чистом цементе и от 3 дс 12% в бетонах с МД. В последних отмечено также несколько больше в 1,2-1,5 раза - содержание условно-замкнутых пор.

Образование тонкокапиллярной и малодефектной структуры бетонов, содержащих дисперсные добавки, компенсирует отрицательно последствия снижения объема клинкерного фонда и создает предаю-

яки для обеспечения необходимой долговечности бетонов. Это под-эрждают результаты исследований эксплуатационных свойств бето-в, как подвергавшихся пропариванию, так и твердевших в норлаль-¡с условиях.

Морозостойкость бетонов М200-М300 с вулканогенными добавками эдней эффективности достигает 200-300 циклов, а при использова— а перлита может, превышать аналогичный показатель бетонов на пор-зндцементе. При изготовлении сборных изделий для достижения кнх показателей требуется влажностный уход за бетонами в течение-14 сут после ТВО; при отсутствии ухода морозостойкость бетонов перлитом не ниже, чем бездобавочотс, а бетоны с вулканическим аком могут несколько уступать им.

Коэффициент размягчения бетонов, содержащих тонкодисперсный ак, на 0,15 ниже, а бетонов с перлитом примерно равен соответ-вующему показатели равнопрочного бездобавочного бетона при оп-делении Кр путем водонасшцения образцов, хранившихся до этого и 100^-ной влажности. При водонасьпценип высушенных образцов ижение прочности бетонов с МД не превышает ганового для бетонов з добавок.

Усадочные деформации бетонов с добавкой перлита по макси-льной величине ( 0,35-0,4 ш/м) и периоду до достижения равно-сия ( 6-7 мес при ^ =50-6052) близки к показателям бетонов на стом ГЩ. При использовании в качестве добавок вулканического ака и цеолита деформации усадки в два раза вше, хотя стабили-руются в те же сроки. В целом величины усадки невелики - 0,3,6 ш/м, хотя интенсивность ее развития в начальные сроки в 5-2 раза выше. •

Трещиностойкость пропаренных растворных образцов с 1ДД нес-•лыю ниже, чем без них { снижение Кт с 0,67 до 0,58) , а об-13цов нормального твердения не хуже, чем для растворов на порт-

ландцементе.

Введение добавок перлита и шлака не ухудшает стойкости бетонов к попеременному увлажнению и высушиванию вплоть до 200 циклов испытаний по жесткому режиму ( сушка при 65°С) .

Темп твердения бетонов с МД после достижения проектной прочности при 100^-ной влажности не ниже, чем бездобавочного бетона; в воздушно-сухих условиях в течение 1,5 лет прочность бетонов с перлитом увеличивается почти также, как и бетонов на чистом цементе, бетоны с вулканическим шлаком характеризуются замедленным твердением, хотя сбросов прочности по сравнению с 28 сутками не наблюдалось.

Оценка технико-экономической эффективности использования Щ в бетонах производилась по величине энергозатрат ( не зависящих от колебаний цен ) на изготовление бетонов равных марок, при этом учитывались затраты на помол добавок. В бетонах М200-М300 введений вулканогенных МД средней эффективности позволяет получить экономлю условного топлива в размере 10-25 кг/мэ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Изучены свойства и эффективность применения в бетонах вулканогенных минеральных добавок различного вида (перлиты и сопутствующие им породы, шлаки, туфы, цеолитовые породы) . Установлено, что наряду с использованием многокомпонентных цементов с МД автономное введение добавок является существенным дополнительным резервом экономии цемента.

2.С использованием представлений об эталонном составе бетона разработана методика оценки ИД по показателю эффективности, на основе которой изучено более 15 разновидностей вулканогенных пород и предложена классификация добавок, облегчающая их выбор для практического примбнения.

3. Наиболее перспективными и доступными являются перлитовые горные породы, а также вулканические шлаки и туфы, обеспечивающие; экономию цемента от 0,3 до 0,6 кг/кг, и соответствующе добавкам средней эффективности; липариты, цеолиты и цеолитизированные туфы относятся к низкоэффективным веществам. По эффективности исследованные материалы располагаются в следующем порядке: (доменный гранулированный шлак ) > перляты > туфы > вулканические шлаки > цеолятовые породы > липариты я» молотый кварцевый песок.

4. Суммарный эффект от введения вулканогенных МД определяется соотношением их пуццоланической активности, водопотребности и способности проявлять ыикронаполняицее действие.

Для более полного проявления химической активности и микро-наполнягацего эффекта следует стремиться к получению максимально достижимой в существующих помольных агрегатах дисперсности; влияние последней на водопотребносгь бетонов несущественно.

Минимальные рекомендуемые значения дисперсности составляют:

- для перлитовых пород 300-350 м^/кг,

- для вулканических шлаков,туфов 500-550 м^/кг,

л

- для цеолитовых пород 1200-1500 м /кг.

5. Эффективность вулканогенных МД возрастает при использовании цементов с повышенным содержанием легкорастворимых щелочей,' пистоклинкерггах цементов,

а также крупнозернистых песков с Мк более 1,5-2,0 ж песков с низким содержанием тонкодисперсных фракций,.

6. Для бетонных смесей с минеральными добавками справедливо правило постоянства водопотребности, пределы действия которого зависят от характеристик МД: так, сохранение расхода вода в умеренно-подвижных смесях наблюдается при суммарном расходе Щ+МД до 450-500 кг/м3 дам добавок, близких по величина нормальной густоты к цементу (вулканические шлаки, молотый песок } , до 350-

-400 кг/и3 - для добавок средней водопотребности с НГ=30-35# ( не; литы, туфы, туфобазальты ) , до 250-300 кг/ы3 - для цеолитов и це литизированных туфов. При больших расходах вяжущего водопотребнос смесей возрастает тем сильнее, чем выше водопотребность 1ЛД; для выделенных групп добавок удельное увеличение расхода воды при назначении начальных составов бетона следует принимать соответственно равным 8-10, 15-20 и 35-45 л на каждые 100 кг введенной добавю

7. На основе доработки традиционного метода предложена единая схема проектирования состава тяжелых бетонов с автономно вводимыми минеральными добавками, позволяющая оптимизировать расход МЛ и получить наибольшую экономию цемента.

8. Установлено, что получаемый за счет введения пуццолановых добавок прирост прочности пропаренных батонов в возрасте I сут

( при постоянном Ц/В) прямо пропорционален общему количеству извести, связываемой добавкой в единице объема бетона; фактором прочности бетона является выражение ( Ц/В) + К»АСа0-МД, где коэффициент К на зависит от расхода, дисперсности и химической активности ВД и от уровня прочности бетона. Дяя исследованных добавок перлита и вулканического шлака величина К=1Д-10-4 м3/кг.

9. Оптимальное содержание МД к достигаемая экономия цемента снижаются при увеличении Ц/В-отношения бетона, поскольку микрона-полняющее действие частиц добавок ослабевает и сменяется разуплотняющим, что в совокупности с возрастанием водопотребности смесей постепенно сводят на нет положительный эффект пуцдоланической реакции. По этой причине добавки перлитовых пород рекомендуется ' применять в бетонах марок до 300-350, вулканических шлаков и туфов - до М250-М300, цеолитовых пород - до М150.

10. Экономия цемента при использовании оптимального количества ( 150-300 кг/м3 ) вулканогенных МД средней эффективности незнача-

тельно зависит от условий твердения и составляет в бетонах MI00-f.lI 50 - 40-605?, М200-М250 - 20-40$, М300-Н350 - 10-20%.

11. Тепловлажностная обработка бетонов с вулкаьогенными добавками может осуществляться по тем же режимам, что и беэдобавоч-ннх бетонов ( с 1-1,5-кратной'оборачиваемостью форм и камер) с увеличенной на 2-3 ч предварительной выдержкой и уменьшенной па 2-3 ч изотермической выдержкой при температуре не ниже 80°С; при этом относительная прочность после пропаривашгя будет не ниже, чем для равномарочных бетонов на исходном портландцементе.,

12. Бетона с исследованными добавками по сравнению с равнопрочными портландцементннми бетонами имеют более тонкопористую структуру, характеризующуюся в 2-3 раза меньшими значениями среднего радиуса капилляров и в 3-10 раз меньшим содержанием открытых пор седиментационного происхождения, что обусловлено незначительной величиной внутреннего водоотдаления свежеуложенного бетона с ¡щсперсными МД и создает предпосылки для получения долговечных бе-гонов.

13. По комплексу строительно-технических свойств ( усадка и грещиностойкость, коэффициент размягчения, стойкость к попеременному увлажнению и высушиванию, прочность при длительном выдерживании в нормальных условиях и при пониженной влажности ) бетоны с изученными МД практически не уступают бездобавочянм бетонам равных марок. Морозостойкость бетонов М200-М300 с вулканогенными добавками средней эффективности достигает 200-300 циклов и может . превышать аналогичный показатель бетонов на портландцементе, свидетельствуя тем самым о первостепенном значении создания малоде-|)9ктной структуры бетона и малой значимости залечивающего действия негидратированннх зерен клинкера в условиях нарушенной

структуры.

14. Использование дисперсных МД из перлитовых пород позволяв экономить в бетонах M200-M300 порядка 15-25 кг условного топлива на I ы3 бетона; для вулканически* ишаков и туфов экономия состав ляет Ю-20 кг/ы3..

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Высоцкий O.A., Бруссер М.И., Смирнов В.П., Царик A.M. Оценка

ч

эффективности и классификация минеральных добавок к цементам и бетонам.// Строительные материалы. - 1939. - J6 10.

2. Высоцкий С.А., Бруссер М.И., Смирнов В.П., Царик A.M. Оптимизация состава бетона с дисперсными минеральными добавками // Бетой и железобетон. - 1990. - № 2.

3. Царик A.M. Рациональное использование вулканогенных минеральных добавок // Материалы НП Международной конференции молодых ученых в области бетона и железобетона. - Иркутск, 1990.

4. Высоцкий С.А., Царик A.M., Смирнов В.П. Применение дисперсных минеральных добавок для экономии цемента в бетонах // Экономия цемента и ^вышение качества бетона в производстве сборного железобетона-М.: МДНТП им.Дзержинского, 1990.

5. Царик A.M. О факторе прочности пропаренных бетонов с Добавками пуццолан // Материалы ХХИ Международной конференции в обла-