автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Высокопрочные бетоны на рядовых цементах с суперпластификатором на дисперсных носителях

На правах рукописи

Борисои Аргс/^ий Анатольевич

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БЕТОНЫ НА РЯДОВЫХ ЦЕМЕНТАХ С СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОМ НА ДИСПЕРСНЫХ НОСИТЕЛЯХ

Специальность 05.23.05 "Строительные материалы и изделия"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза, 1997

Работа выполнена в Пензенской государственной архи тектурно-строительной академии

Научный руководитель - член-корреспондент МАНЭБ,

советник РААСН, д-р техн. наук, профессор Калашников В.И. Научный консультант канд. техн. наук, доцент

Официальные оппоненты: д-р техн. наук, профессор

Ведущее предприятие - ОАО "Стройинду'стрия", Защита состоится 23 декабря 1997 г. в

и ^з „

часов не

заседании специализированного совета К 064.73.01 в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: г.Пенза, ул.Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенской государственной архитектурно-строительной академии

Автореферат разослан "20" НОЯБРЯ 1997 г.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим отправлять но адресу: 440028, г.Пенза, ул.Титова, 28, ПГАСА.

Ученый секретарь диссертационного совета К 064.73

Демьянова В.С.

Хозин В.Г.

канд. техн. наук, доцент Иващенко Ю.Г.

канд. техн. наук, доцент

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Главным направлением технического прогресса основных строительных материалов - бетона и

железобетона является повъшгешГе"~нрочностнБ1Х"свойств бе-------------------

тона, снижение веса изделий, энерго- и трудоемкости изготовления и стоимости конструкций, повышение их качества, пндустриальности и долговечности. Эти важнейшие задачи в комплексе могут быть решены применением в строительстве монолитных высокопрочных тяжелых бетонов марок 700-800 н выше с 50-60 %-ной суточной прочностью от нормативной без использования тепловлажностной обработки, что обеспечит (по предварительным данным) экономию бетона до 30-50 %, стали - до 1015 % и стоимость изготовления - до 10 %.

Из всех направлений получения высокопрочных бетонов наиболее эффективными являются те, которые не ориентированы на использование суперцементов специального минералогического состава марок 600-700 и выше. В этой связи весьма эффективной является разработка составов высокопрочных бетонов па рядовых цементах активностью 40-50 МПа с применением высококачественных заполнителе!! и высокоэффективных супернластифш<аторов-разжйжителей, а также нысокодисперсных минеральных наполнителей.

Рсо;юг1чсскос действие суперпластификаторов, в комплексе с высокодисперсными наполнителями (микрокремпеземом), создает усп/ивающин эффект, который позволяет снизить водо-цементпое отношение в 1,3-1,7 раза без изменения подвижности бетонных смесей. Однако вопросы использования в качестве дисперсных наполнителей гонкомолотых минеральных веществ природного или искусственного происхождения изучены недостаточно. Отсутствуют рекомендации по оптимальной дисперсности и концентрации наполнителей для высокопрочных бетонов с высокой суточной прочностью. Не изучена эффективность суперпластнфикаторов на дисперсных носителях, получаемых их совместным сухим помолом. •

Работа выполнена в рамках научно-технической темы по программе "Архитектура и строительство" "Разработка методологии повышения эффективности и оценки действия пластификаторов и

суперпластификаторов в минеральных дисперсных системах для производства строительных материалов". (№ 2.4.4.7).

Цель работы. Целью настоящих исследований является разработка способа получения высокопрочных бетонов на рядовых цементах марок 400-500 с использованием комплексных органоминеральных добавок, получаемых совместным помолом минеральных наполнителей и суперпластификаторов.

Задачи исследования. Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих частных задач:

1. Исследовать реакционную активность цементов в присутствии суперпластификаторов и дать их классификацию не только по показателям нормативной, но и ранней суточной прочности.

2. Изучить гидравлическую активность дисперсных наполнителей на основе молотых шлаков, молотых бетонов-"бетонитов", кварцевого песка и известняка.

3. Изучить водоредуцирующее действие суперпластификаторов и кинетику набора прочности МЗБ в зависимости от дисперсности цементов, количества дисперсных наполнителей, способа введения суперпластификатора и крупности песка.

4. Оптимизировать составы бетонов марок 900-1000 и изучить их физико-технические свойства.

Научная новизна. Разработана классификационная оценка гид-ратационной активности цементов различных заводов в присутствии суперпластификатора С-3, позволяющая оптимизировать выбор цементов для беспропарочных высокопрочных бетонов. Выявлена эффективность влияния суперпластификатора на цементы различной дисперсности (рядовой цемент, ТМЦ, ВНВ) в зависимости от способа его введения. Рассмотрены структурообразующие функции наполнителей в цементах в связи с реакционно-химической активностью отдельных из них и способностью к самостоятельному формированию прочности. Исследовано влияние дисперсных наполнителей на понижение и повышение прочности цементного камня в зависимости от водосодержания в литых, виброуплотненных и прессованных композициях с суперпластификатором и без него. Исследовано влияние вида дисперсных носителей на кинетику набора прочности мелкозернистых и тяжелых бетонов. Оптимизированы составы высокопрочного бетона и исследованы его физико-механические свойства.

Практическое значение. Экспериментально установлены оптимальные значения технологических параметров приготовления оргапоминеральных модифицированных добавок-пластификаторов на дисперсных носителях; предложены простые способы рационального выбора цементов для приготовления" бсспронарочных высокопрочных бетонов; показана возможность 4-5-кратного снижения энергетических' затрат на помол дисперсных носителей по сравнению с ВНВ и ТМЦ при приготовлении смешанных цементов с 10-15 %-ным содержанием суперпластификатора; разработаны рациональные составы тяжелого бетона с высокой ранней и нормируемой прочностью на уровне 80-100 МПа с расходом цемента 480-550 кг/м'!.

Реализация работы. Разработанные составы высокопрочных бетонов на основе рядовых цементов с суперпластификаторами па дисперсных носителях получили опытно-промышленное внедрение в г.Пензе и области.

Апробация работы. По результатам исследований сделаны доклады и сообщения: на II, III, IV Международных научно-практических конференциях "Вопросы планировки и застройки городов" (1994, 1996, 1997 it.), г. Пенза; XXVI, XXV-II, XXIX научно-техничесих конференциях ПГАСА (1992, 1994, 1997 гг.), г. Пенза; научно-технических конференциях "Теория и практика применения суперпластификаторов в композиционных строительных материалах" (1991. 1993 it.), г.Пенза; научно-технической конференции "Экологические аспекты технологии производства строительных материалов" (1992 г.), г. Пенза; научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" (1996 г.), г. Казань; III Международной конференции "Инженерные проблемы современного бетона и железобетона" (1997 г.), г. Минск.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, получен патент № 2057731 "Вяжущее".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников из ¡1-3 наименований, приложений, содержит №3, страниц машинописного текста, 2.3 рисунков, -33 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе, посвященной аналитическому обзору литературы, рассматриваются результаты исследований в области получения высокопрочных бетонов в нашей стране и за рубежом, методы и технологические приемы достижения высокой прочности бетонов.

Показано, что в последние годы успехи науки о бетоне способствовали созданию новых видов супербетонов, способных конкурировать со сталью вследствие высокого спроса на особо прочный бетон и более низкой стоимостью по сравнению со сталыо. Прочность бетона, в связи с востребованностью высокопрочных бетонов в специальных сооружениях за рубежом, возросла до 120-130 МПа, благодаря эффективным суперпластификаторам и добавкам высокодисперсного микрокремнезема.

В нашей стране развитие науки в области разработки высокопрочных бетонов принадлежит Ахвердову И.Н., Бабаеву Ш.Т., Баженову Ю.М., Батракову В.Г., Бергу О.Я., Гвоздеву A.A., Горчакову Г.И., Долгополову H.H., Комохову П.Г., Свиридову Н.В., Писанко Г.Н., Щербакову E.H. и др.

Новый этап в достижении высокой прочности бетона связан с разработкой цементных вяжущих низкой водопотребности, предложенных Батраковым В.Г., Баженовым.Ю.М., Бабаевым Ш.Т., Долгополовым H.H. Однако высокие энергозатраты на помол высокодисперсного цемента не позволили широко реализовать это направление. Актуальным на сегодняшний день является то обстоятельство, что для производства высокопрочных бетонов целесообразно использовать цементы рядового помола дисперсностью 270-320 м2/кг, а не суперцементы особо высокой прочности. Достижение высокой прочности при этом обеспечивается эффективными суперпластификаторами, селективно усиливающими свои реологические и водоредуцирующие функции в паре с дисперсными наполнителями.

Изучению роли дисперсных наполнителей в цементах посвящены работы Соломатова В.И., Комохова П.Г, Бабаева Ш.Т, Бабкова В.В., Селяева В.П., Рахимова Р.З. и др. Сегодня общепризнано, что введение дисперсных наполнителей

позволяет существенно экономить цемент и улучшать строительно-технические свойства бетонов. Однако в литературе отсутствуют результаты исследований о влиянии

джТшрсноол! и до:шро»ки наполнителей, а также суиерпла-----------------------

стификаторов, вносимых в цементы на дисперсных носителях, па формирование ранней суточной прочности высокопрочных бетонов.

В целом вопросы выбора рядовых цементов и наполнителей различной природы для высокопрочных бетонов, как и вопросы оптимизации составов и технических свойств бетонов требуют дальнейшего исследования.

Во второй главе приведены характеристики используемых материалов и описаны методики их исследований. При проведении экспериментов использовалась широкая номенклатура как чисто клинкерных, так и добавочных цементов, поставляемых шестью цементными заводами. Помимо цементов заводского помола использовались:

- тонкомолотые цементы (ТМЦ, ВНВ), получаемые дополнительным домолом рядовых до удельной поверхности Л\.л=600-675 м' кг:

- дисперсные носители (ДЮ, в качестве которых применялись молотые доменные шлаки Новолинеикого металлургического завода и шлаки Томь-Усинской ГРЭС, измельченные кварцевый песок, известняк, отходы бетона двухлетнего храпения на известняковом щебне ("бетонит И") и на гранитном щебне ("бетонит Г"), размолотые совместно с СП до 5уд=700,0 ж /кг.

Крупным заполнителем для получения высокопрочного бетона служили гранитный щебень Челябинского карьера и высокопрочный щебень габбро Свердловского карьера, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8267-93.

В качестве мелкого заполнителя использовались природные и дробленые пески, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736-93 (М,ф от 1,54 до 3,46).

При проведении экспериментальной части работы, в качестве пластификатора были использованы традиционно применяемый суперпластификатор С-3 Новомосковского химическо-

го комбината, выпускаемый в соответствии с ТУ 6-36-020429-625, а также фракционированный С-3 ПО "Хромпик".

Ускорителем твердения служил сульфат натрия №¿50*.

Исследования физико-механических свойств исходных компонентов смешанного вяжущего и бетона проводились на основе стандартных методик, регламентируемых ГОСТами. Наряду с ними использовались методики, разработанные на кафедре технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенской архитектурно-строительной академии.

Для снижения водопотребности бетонных смесей и получения высокопрочных и высокоплотных бетонов, помимо традиционного способа введения С-3 с водой затворения (способ ВСР), были использованы следующие методики:

- ПСН-способ предадсорбционного сухого нанесения суперпластификатора при совместном помоле, реализуемый при получении вяжущих низкой водопотребности;

- ДРС-шособ дискретного распределения пластификатора (смешением сухого порошка СП с цементом);

- СДН-способ введения суперпластификатора на дисперсных носителях.

Для подтверждения образования кальциевых солей у известковых и цементных композиций с С-3, содержащих свободную СаО продукты исследовали рентгеновским методом.

Оценка реологического действия добавок пластификаторов и электролитов проводилась путем определения степени водо-поиижения в пластифицированных суспензиях или растворах. Реологическое действие СП в бетонных смесях оценивалось но стандартным реотехнологическим показателям.

В третьей главе приведены результаты исследований водопотребности и прочности клинкерных минералов в присутствии С-3 и его молекулярных фракций, дана оценка роли свободной извести на реологические функции СП, изучена эффективность суперпластификатора в цементных суспензиях и в мелкозернистых бетонах в зависимости от способа его введения.

Установлено, что снижение вязкости суспензий на всех клинкерных мономинералах максимально на тяжелой фракции полинафталинсульфокислот (ПНС) и минимальна на легкой,

что коррелируется с данными Батракова В.Г. Однако эффективность суперпластификатора С-3 и его молекулярных фракции в бездобавочных цементах существенно выше, чем в к л 1н I керн ых ~ мбшзмТнТералах

онированного состава С-3 на прочность клинкерных минералов свидетельствует о замедляющем действии СП и его фракций на кинетику набора прочности в равнопластичных композициях.

Проведена оценка роли свободной извести и дегидратированного гипса в цементе на реологические функции суперпластификатора. Цементы с ложным схватыванием по гипсовому механизму имеют низкую пластифинируемость суперпластификатором С-3, а бетоны бысто теряют подвижность в времени. Для эффективного использования СП в цементах с ложным схватыванием предложен новый эффективный замедлитель схватывания - продукт омыления лакировочного слоя (поли-меризованный лак МА-585) электроизоляционных трубок, являющийся щелочным отходом участка лакирования. Введение такого замедлителя в количестве 0.05-0,07 % от массы цемента, не угнетающего реологическую функцию СП, позволило исключить начальное зап'стевапис цементов с высоким ложным схватыванием бетонных смесях, а гакже замедлить гидратацию С ¡А при недостатке гипса.

С помощью рентгеноструктурного анализа установлено сильное влияние свободной СаО на связывание СП в цементах и исчезновение его разжижающей функции. Предложены механизмы молекулярной сшивки СП катионом кальция, образующимся в момент гашения СаО в растворе СП.

При изучении способов введения СП на водоредуцирующий индекс в цементных суспензиях, установлено, что наибольшая эффективность при пониженных дозировках разжнжителя проявляется при использовании тонкомолотых цементов с суперпластификаторами. При повышенных дозировках разжнжителя (2,5-3,0 %), введенного в тонкомолотые цементы в виде ультрадисперспого порошка (способ ДРС), водоредуцирующий индекс (ВИ=3,21) практически не отличается от индекса в ВНВ (ВИ=3,30). Введение суперпластификатора на дисперсном носителе - кварцевом песке повышает водоредуцирующий индекс до 3,5.

Разработана классификационная оценка гидратационной активности рядовых цементов (в присутствии СП) нескольких цементных заводов, позволяющая оптимизировать цементы для беспропарочных высокопрочных бетонов по количественному показателю - суточной прочности. В соответствии с классификацией цементы I класса должны обеспечивать через одни сутки прочность МЗБ не менее контрольной; Цементы II класса - от 50 до 100 % от контрольной и III класса - до 50 % от контрольной. На рисунке представлена кинетика набора прочности контрольных и пластифицированных- беспропарочных мелкозернистых бетонов.

Кинетика нарастания прочности пластифицированных мелкозернистых бет опои

- 1 сут. |1Я

1 - Ульяновский ПЦ400 Д-0

2-Липецкий ПЦ400 Д-0

3-Липецкий ПЦ400 Д-20 4 - Липецкий ШПЦ400

Дозировка суис'рнластификагора С-3, %

Т| - 3 сут. Щ - 7 сут. □ - 28 сут.

5 - Вольский ПЦ 400 Д-20

6 - Старооскольский Г1Ц 500 Д-0

7 - Катан-Ивановский ПЦ 500 Д-0

8 - Стсрлитамакский ПЦ 500 Д-0

Рис.

Как следует из гистограмм, действие СП на темпы набора ранней прочности бетонов ira различных цементах сильно отличается. Установлено, что к цементам I класса относятся Липецкие цементы

ПЦ 400 Д-0 и Д-20, Старооскольский, Стерлитамакский- и Катав------------

Ивановски«. К цементам II класса - Ульяновский и Липецкий ШПЦ и к цементам III класса - Вольский ПЦ 400 Д-20. Однако высокая водоредуцирующая активность СП не всегда определяет первый класс цемента по гидравлической активности (табл. 1).

Большинство цементов I, II и III классов имеют водоре-дуцирующий индекс преимущественно 1,2. Для Катав-Ивановского цемента сочетается высокая водоредуцирующая • способность С-3 с быстрым набором прочности МЗБ в присутствии СП.

Все цементы, кроме Ульяновского и Катав-Ивановского, при содержании С-3 - 2,5% не достигают нормативной прочности контрольного состава несмотря на пониженное водосодержание. Для отдельных цементов добавка С-3 в количестве 1 % частично блокирует набор прочности к 28-суточному возрасту. Для беспропарочных бетонов приемлемы Липецкие ПЦ 400 Д-0, для беспропарочных высокопрочных - Старооскольский, Катав-Ивановский и Стерлитамакский.

Цементным заводам, поставляющим портландцементы для производства высокопрочных бетонов, следует ориентироваться на выпуск цементов рядового помола I класса.

Т а б л и ц а 1

Водоредуцирующая активность суперпластификатора в МЗБ

состава 1:2

Вид немота (В/Ц)н пеп.тжти-фнциро-паппый (В.'Ц)п пластифицированный (в/Ц н ви = (в/ц)п Класс помета по реакционной активности в присутствии СП

Липецкий Д-20 0,31 0,28 1.11

Стерлитамакский 0,3 0,24 1,25

Липецким Д-0 0,32 0,27 1,185 i

Старооскольский 0,3 0,24 1,25

Катан-Иинпшк'кий 0,35 0,22 1,59

Ульяновский 0,32 0,28 1,14 II

Липецкий ШПЦ 0,33 0,28 1,18

Вольский Д-20 0,31 0,24 1,29 III

Для оценки влияния СП на объемные изменения цементного камня изучены усадочные деформации пластифицированных систем, полученных литьем и прессованием. Установлено, что усадочные деформации в цементном камне на ВНВ как по темпам их развития, так и по абсолютной величине значительно выше, чем в рядовом цементе без суперпластификатора.

В четвертой главе дано научное обоснование выбора дозировок дисперсных носителей, приведены результаты исследований гидравлической активности последних в мелкозернистых бетонах и водоредуцирующего действия суперпластификаторов.

Рассмотрены современные представлешш о структурообразующей роли наполнителей при выборе их для повышения прочности наполненных вяжущих и экономии клинкерного фонда, которые сводятся в основном к исключению полей собственных напряжений в структуре вяжущих в процессе их формирования; ослаблению процесса накопления микротрещин; снижению ранговости пористости вяжущих с введением наполнителей с высокой дисперсностью (Соломатов В.И., Комохов П.Г., Бабков В.В.).

Рассмотрена структурообразующая функция наполнителей в минеральных вяжущих во взаимосвязи не только с топологическим размещением частиц наполнителя, формированием одноранговой пористости и демпфирующего действия, но и с исходной прочностью чистого вяжущего (малопрочное или высокопрочное) и с реакционно-химической активностью наполнителя. Последние факторы должны также существенно влиять на дозировку наполнителя и степень его дисперсности. Исходя из чрезвычайно разнообразной химико-минералогической природы используемых на практике наполнителей для цементов, предложено классифицировать их по химической активности на 3 группы:

I группа - дисперсные наполнители, самостоятельно твердеющие, гидратирующиеся водой с выделением коллоидной фазы, но с сильно растянутыми сроками формирования структуры, с индукционным периодом до нескольких суток - основные и нейтральные шлаки, золы, золо-шлаковые отходы ТЭЦ и др.

II группа - самостоятельно нетвердеющие, взаимодействующие с продуктами гидратации цемента - кремнеземистые и

глиноземистые минеральные добавки, сильно кислые золы и шлаки, активный микрокремнезем. Наиболее низкую активность и згой группе показывают кристаллический кремнезем и Молотые кварцевые пески, степень-активности которых-зависит от тонкости помола.

III группа - самостоятельно нетвердехощие, дегидратирующиеся наполнители и практически не вступающие в реакцию с продуктами гидратации цемента в тонкомолотом виде (сиениты, диориты, габбро, диабазы, магнезиты, доломиты).

Проведена сравнительная оценка влияния наполнителей разных групп на формирование ранней прочности бетона. Ранняя гидрав-тическая активность "бетонита И" достаточно высока и обеспечивается не полностью прогидратированными зернами цемента. В свою очередь индукционный период МЗБ на молотом Липецком шлаке довольно продолжителен и на протяжении трех суток не наблюдается твердения. Затем, в период между 3-7-ми сутками бетон начинает активно набирать прочность, которая на седьмые сутки составляет уже 13 МПа, а на 28-е увеличивается почти в 4 раза и составляет 19 МПа. Снижение В/Т за счет введения С-3 не позволяет активизировать твердение шлака в ранние сроки (1-3 су тки).

На основании полученных данных и исходя из аддитивного вклада каждого компонента в формирование прочности сделано предположение о том, что самостоятельно твердеющие дисперсные наполнители будут более активно способствовать нарастанию прочности высокопрочных бетонов. При этом ранняя суточная и 3-суточная прочность бетона с "бетонитом И" должна быть выше по сравнению с прочностью бетона на Липецком, а также на Томь-Усииском шлаке или кварцевом песке. В свою очередь, поздняя прочность (28-и 3-месячная) на Липецком шлаке должна быть максимальной. Однако аддитивный вклад каждого компонента в формирование прочности композита в исследованиях не подтвердился. Установлено, что при повышенной активности цемента, различия в прочности бетонов с разными наполнителями, при их дозировках 10-15 %, статистически несущественны. Это позволило сделать вывод, что отмечаемое возрастание прочности бетонов

с наполнителями, с различной химической активностью, обеспечивается в большей степени топологическим фактором.

Дополнительно установлено, что наилучшие результаты по увеличению гидравлической активности вяжущего достигаются при введении СП го методу СДН.

Выявлено, что при повышенных уровнях наполнения свыше 30-40 % минеральными дисперсными порошками вяжущих низкой водопотребяости из отдельных цементов, темпы набора суточной прочности цементного камня сильно замедляются. Показано, что содержание дисперсных наполнителей в таких цементах не должно превышать 10-20 % от массы смешанного вяжущего, а дозировку суперпластификатора С-3 целесообразно снижать до 1 % или ниже в ущерб водоредуцирующему действию.

Изучено действие гидравлически высокоактивных, умеренно- и слабоактивных наполнителей при равной дисперсности их 600,0-700,0 м2/кг, в цементах. Показано, что активные и малоактивные наполнители, имеющие более высокую диперсность чем цемент, при дозировках 10-25 % от массы вяжущего без СП повышают суточную и нормативную прочность бетона. При более высоких уровнях наполнения формирование ранней и поздней прочности завиагг от водосодержания бетонной смеси, т.е. от степени оводнения цементирующих частиц и наполнителя:

Оценка влияния фактора водосодержания на формирование прочности цементного камня, проведенная при трех водосодержа-ниях, показала, что понижение или повышение прочности наполненных систем по сравнению с контрольными, является сложной функцией водосодержания. Составы смешанного цемента с 30 % молотого известняка при В/В =0,26 имеют минимальное понижение прочности в первые сутки. Повышение (до 0,39) или понижение (до 0,19) В/В-отношения приводит к падению суточной прочности. При твердении в течение 270 суток в наиболее плотных составах (В / В=0,19) прочность выравнивается с контрольной, в то время как в менее плотных наблюдается прогрессирующее отставание в наборе прочности от контрольных составов. В смешанных цементах с 30 % тонкомолотого песка, в прессованных композициях наполнитель понижает суточную прочность в 3-4 раза и увеличивает 270-суточную

I! 1,4-1,5 раза по сравнению с контрольной. Введение суперпластификаторов усиливает эту тенденцию.

Выявлено влияние продолжительности храиепия_рядовых, гонкомолотых цементов. ВНВ и дисперсных носителей СИ на сорбциопнос увлажнение при относительной влажности воздуха 80±5 "о и темны набора прочности. Показано, что величина повышенного сорбционного увлажнения в одних цементах по сравнению с другими не является показателем более существенного снижения ранней прочности и темпов твердения. Установлено, что лежалые ВНВ и цементы с дисперсными носителями сильно снижают темпы набора ранней прочности и несущественно снижают прочность в позние сроки (через 3-6 месяцев твердения).

В пятой главе приведены результаты физико-технических свойств мелкозернистых и тяжелых бетонов с суперпластификатором. Рассмотрено влияние вида дисперсных носителей на кинетику набора прочности МЗБ. Проведена оценка эффективности использования высокопрочного бетона на смешанном вяжущем с сунерпластификатором.

Для опенки процессов структурообразованпя мелкозернистого бе гона в присутствии дисперсных носителей была изучена кинетика набора прочности бетона, изготовленного на двух видак цемента, по разработанной классификации относящихся к первой (цемент Катав-Ивановский) и третьей (цемент Вольский) категориям. Установлено, что наиболее активное действие на кинетику набора прочности МЗБ в рашше сроки твердения оказывает молотый бетон. Нормативная прочность бетона, наполненного Липецким шлаком в возрасте 28 суток не уступает, а в ряде случаев даже превышает таковую на "бетоните".

Оптимальная степень наполнения цемента в мелкозернистом бетоне дисперсными минеральными носителями СП составляет 12,5 °о. Увеличение доли дисперсного носителя до 25 % ведет к снижению суточной и нормативной прочности независимо от иида цемента и дисперсного носителя.

Показано, что повышение ранней суточной прочности бетона, изготовленного на цементах, относящихся к III классу,

может быть достигнуто путем использования комплексных добавок "суперпластификатор+ускоритель". Что касается цементов I класса, они могут быть использованы для беспропарочных высокопрочных бетонов с СДН без ускорителей.

Проведена оптимизация состава высокопрочного бетона с суперпластификатором на дисперсных носителях с ОК от 1-2 см до 8-10 см. В качестве параметров оптимизации были приняты следующие технологические факторы: вид цемента и его содержание; вид мелкого заполнителя; вид дисперсного носителя; соотношение компонентов бетонной смеси; осадка конуса; количество СДН в сочетании с ускорителем процесса твердения. Установлено, что максимальная нормативная прочность бетона 96-100 МПа была достигнута при использовании дисперсных носителей на основе гранулированного Липецкого шлака и кварцевого песка. Дисперсные носители на основе кислого Томь-Усинского шлака практически мало уступают вышеназванным минеральным наполнителям. Бетоны с дисперсными носителями на основе молотого известняка имеют несколько замедленную кинетику набора прочности на первые сутки, но 28-суточная и 90-суточная прочность не уступает бетонам с другими исследованными носителями. Молотый бетон - "бетонит", как наиболее активный наполнитель, самостоятельно набирающий прочность в первые сутки твердения (в отличие от Липецкого шлака), не дал ожидаемых результатов. При этом прочностные показатели тяжелых бетонов (плотность 2520-2560 кг/м') с "бетонитом" не отличались от таковых для других видов бетона.

В результате проведенных исследований установлено, что на рядовом цементе ПЦ 500 с дисперсными носителями могут быть изготовлены бетоны М 900-1100 с суточной прочностью не ниже 65-75 % при В/Ц=0,3, что существенно превышает известные литературные данные. Важно отметить, что 28-суточная прочность мало отличается от прочности бетонов на ВНВ, а к 90 суткам твердения прочность бетона увеличивается на 12-25 % по сравнению с 28-дневной.

Описана кинетика нарастания прочности бетона экспоненциальной зависимостью вила:

------------------К. • -----------------------------------

где С, к, п - коэффициенты, зависящие от вида дисперсных носителей и водосодержания; (- время твердения.

Числовые коэффициенты уравнения определены для каждой серии бетона.

Для более полного представления о качестве высокопрочного бетона, его физико-технических свойствах (кроме прочностных характеристик), в настоящих исследованиях были изучены деформативные свойства бетона.

Путем введения тонкомолотого дисперсного носителя с СП при неизменном виде цемента и расходе крупного заполнителя установлено повышение модуля упругости бетона на 20-25 %. Максимальный модуль упругости 4,5-10 МПа получен для высокопрочного бетона на дисперсном носителе - Липецком шлаке. Анализ границ микротрегцинообразования показывает, что величина И1 Ки]) для пластифицированного бетона в среднем на 10-15 % выше, чем для бе гона контрольного состава.

Введение СП па дисперсных носителях способствует снижению водопоглощения бетона в среднем на 20-80 "ъ по отношению к контрольному составу бел СДН. Исследуемые дисперсные носители по степени влияния па возрастание водопоглощения бетона расположены в следующий ряд: Липецкий шлак, кварцевый песок, известняк.

Зависимость водопоглощения высокопрочного бетона от водоцеменшого отношения описана выражением И/м =2,4+12,4 В/Д.

Полученные физико-технические свойства высокопрочного бетона (табл.2) могут быть использованы для накопления банка данных с целью создания нормативной базы при проектировании конструкции их высокопрочных бетонов.

Осуществлена экономическая оценка удорожания себестоимости высокопрочного бетона на рядовых цементах за счет применения суперпластификаторов на дисперсных носителях. Показано, что при переходе на выпуск высокопрочного бетона М800 вместо М400, себестоимость изготовления 1 м' бетона

повышается на 15-20 %. При использовании высокопрочного бетона в несущих конструкциях типа колонн для сборно-монолитных жилых зданий, затраты за счет снижения расхода бетона на изготовление колонн снижаются на 40-50 % но сравнению с колоннами из обычного бетона. Дополнительная эффективность достигается за счет снижения массы зданий и транспортных расходов.

Таблица 2

Основные физико-технические свойства высокопрочного бетона с суперпластификатором на дисперсных носителях

№ Наименование показателей Единица Пределы

И/ и измерения намерения

1. Плотность кг/м* 2500-2600

2. Класс прочности на сжатие - В80-В100

3. Прочность в возрасте 1 суток МПа 58-72

3 суток МПа 6'4-82

4. Модуль упругости Е-Ю'1 МПа 43,0-47,0

5. Коэффициент Пуассона - 0,21-0,22

Предельиыс деформании

- продольные Б, - поперечные мм / м мм/м 2,4-3,5 0,65-0,85

7. Динамический модуль упругости

Еп- МПа 50,2-53,6

8. Коэффициент внутреннего трения - 0,0103-0,0113

9. Водопоглощепие о/ /11 4,5-6,0

10. Усадка мм/м 0,48-0,52

Основные выводы

1. Исходя из зарубежной практики производства высокопрочных бетонов на рядовых портландцементах марок свыше 500 с добавками высокодисперсных микрокремнеземов, эффек-

18

тивных суперпластификаторов и высококачественных заполнителей высокой прочности, предложено в качестве дисперсных наполнителей использовать тонкомолотые шлаки,

кварцевые пески, известняки ТГотходы бетонатизмельченные с------------

высоким содержанием СП (8-10 %) до удельной поверхности не менее 500-700 м2 кг. При таком способе введения СП достигается повышение гидравлической активности вяжущего и реологической активности СП.

2. Выявлено, что при высоких уровнях наполнения минеральными дисперсными порошками в вяжущих низкой водо-иогребиостп на большинстве нементов и при высоких дозировках СП сильно замедляются темпы набора суточной прочности цементного камня. Исходя из этого, для высокопрочных бетонов содержание дисперсных наполнителей не должно превышать 15-20 % от массы смешанного вяжущего, а содержание суперпластификатора С-3 должно находиться в пределах 1,0-1,5 %.

3. Изучено действие высокоактивных, умеренно- и слабоак-пшных наполнителей в цементах без супсрпластификаторов. Показано, что наполнители, имеющие более высокую дисперсность, чем цемент, при матых дозировках 10-15 от массы вяжущего несущественно изменяют кинетику набора ранней прочности п нормативную прочность. При уровнях наполнения 25 "о и более, степень снижения ранней и поздней прочности зависит от вида наполнителя и водосодержания в смешанном вяжущем.

4. Проведена классификационная оценка гидратационной активности цементов (в присутствии СП) нескольких цементных заводов, позволяющая оптимизировать цементы для бес-нронарочиых высокопрочных бетонов по количественному показателю - ранней суточной прочности. По относительному показателю суточной прочности пластифицированного МЗБ цементы подразделены на 3 класса. Установлено, что для снижения блокирующего действия СП в цементах II и III классов необходимо вводить дисперсный носитель совместно с ускорителем твердения, пли подвергать бетоны на таких цементах твердению при температуре 35-40°С.

5. Дана оценка водоредуцирующей и реологической эффективности СП в цементных суспензиях и мелкозернистых бетонных смесях на рядовых, тонкомолотых цементах и на вяжущих низкой водопотребности. Показано, что реологическую и водоредуцирующую эффективность СП и гидратацион-ную активность цементов с СП нельзя ставить в зависимость только от содержания С3А в клинкере. Установлено сильное влияние свободной негашеной извести на понижение и исчезновение разжижающей функции СП С-3..

6. Установлено влияние продолжительности хранения рядовых, тонкомолотых цементов, ВНВ и дисперсных носителей СП на сорбционное увлажнение и темпы набора прочности. Показано, что величина повышенного сорбционного увлажнения одних цементов по сравнению с другими не является условием более существенного снижения прочности и темпов твердения. Выявлено, что лежалые цементы с СП на дисперсных носителях имеют низкие темпы набора ранней прочности и несущественно снижают прочность в поздние сроки (через 3-6 месяцев твердения).

7. Изучены усадочные деформации цементного камня с суперпластнфикатором при различных водоцементных отношениях (в широком диапазоне от 0,1 до 0,55) в прессованных, вибропластичных и литых композициях. Получены сравнительные показатели прочности и кинетики усадки.

8. Оптимизированы составы бетонов марок 800-1000 на рядовом цементе 1 класса с активностью, не превышающей 45 МПа, и с СДН различного минералогического состава с ускорителем и без него, с суточной прочностью 60-70 % от 28-дневной. Установлена кинетическая экспоненциальная зависимость изменения прочности бетона до 90 суток твердения во времени.

9. Изучены деформативные свойства высокопрочных бетонов: статический и динамический модуль упругости, предельные поперечные и продольные деформации, верхние и нижние границы микротрещинообразования. Полученные данные необходимы для создания нормативной базы при проектировании конструкций из высокопрочных бетонов.

10. Изучены пирометрические свойства высокопрочных бетонов на рядовых цементах с модифицирующими органоминеральными добавками: водопоглощение, характер пористой структуры и однородность пор, позволяющие прогнозировать высокую долговечность бетонов.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Борисов A.A., Варламова Н.М. Эффективность использования бетонов на смешанном вяжущем с применением суперпластификатора С-3//Теория и практика применения су-псрпластифнкаторов в композиционных строительных материалах: Тез. докл. к зональной конф. Пенза: ПДНТП. - 1991. -с. 6-7.

2. Калашников В.И., Борисов A.A. Образование кальциевых солей нафталиносульфокислотных суперпластификаторов в момент гашения извести// Информ. листок №230-91, Пенза: Пензенский межотраслевой территориальный ЦНТИ.- 1991 г.

3. Калашников В.И., Обласова Л.З., Перельман Е.Б., Борисов A.A. О влиянии молекулярных фракций суперпласти-фнкатора С-3 на клинкерные минералы портландцемента

Экологические аспекты технологии производства строительных материалов: Тез. докл. к зональной конф. - Пенза: ПДНТП. - 1992. - с. 48-49.

4 Патент 2057731 Р.Ф.МКИ 5С04В7, 153. Вяжущее, Калашников В.И., Демьянова B.C., Борисов A.A., Корнилов Е.К./ / Изобретение. - 1992. - №14. - с.98.

5. Калашников В.И., Демьянова B.C., Борисов A.A., Бобрышев А.Н. Сравнительная оценка усадки цементного камня из пластифицированных и непластифицированных цементно-водных суспензий//Современные проблемы строительного материаловедения: Тез.докл. к региональной конф. -Казань. 1996. - с.36-39.

6. Калашников В.И., Борисов A.A., Жуковский Н.К. Оценка эффективности различных способов введения СП в цементные системы// Вопросы планировки и застройки городов: Тез.докл. к III Международной конф. - Пенза: Пензенский территориальный ЦНТИ. - 1996. - с.117-119.

7. Калашников В.И., Демьянова B.C., Борисов A.A., Куда-шов В.Я., Корнилова Г.Д. Кинетика твердения высокопрочных бетонов с суперпластификаторами на дисперсных носителях/ /XXIX Научно-техническая конференция ПГАСА: Тез. докл. к конф. - Пенза: ГАСА. - 1997. - с.46-47.

8. Борисов A.A., Романенко И.И. Влияние различной дисперсности и концентрации наполнителя на прочностные свойства цементного камня //Там же - с. It (Mil.

9. Калашников В.И., Демьянова B.C., Борисов A.A., Черкасов В.Д. Физико-механические свойства беспропарочных бетонов на дисперных носителях//Вопросы планировки и застройки городов: Тез. докл. к IV Международной конф. -Пенза: Пензенский межотраслевой территориальный ЦНТИ. -1997. - с.183-185.

10. Калашников В.И., Борисов A.A., Тростянский В.М., Шембаков В.А., Зиненко Н.В. О реологической эффективности суперпластификаторов и гидратационной активности цементов//Там же. - с. 198-200.

П.Калашников В.И., Демьянова B.C., Борисов A.A., Краснощеков A.A. Физико-механические и деформативные свойства высокопрочных бетонов с суперпласдификаторами на дисперсных носителях/'/ Инженерные проблемы современного бетона и железобетона: мат-лы III Международной конф. - Минск, 1997. - с.