ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО

Реологические тонкодисперсные матрицы в бетонных смесях для обычных, высокопрочных и особовысокопрочных бетонов можно классифицировать по функциональному действию их в бетонах на 2 вида:

1. Реологически-активная в смеси с СП того или иного типа, позволяющая усилить реологическое действие СП в цементно-водно-минеральной системе. Если такие матрицы получают заменой (наполнением) цемента каменной мукой (известняк, мрамор, нефелиновый сиенит и др.) и объем ее уменьшается за счет снижения расхода воды вследствие повышенного водоредуцирующего действия СП, то бетоны имеют практически ту же прочность, что и непластифицированные. Уменьшение расхода цемента и падение роли его в формировании прочности бетона компенсируется повышением плотности, и как следствие, увеличением прочности. Если же такие матрицы получают значительным наполнением бетона каменной мукой, усиливающей реологическое действие СП, и объем матрицы заметно возрастает, то прочность бетона существенно увеличивается.

2. Реологически- и реакционно-химическая активная матрица, состоящая из водной дисперсии цемента, каменной муки и СП, позволяющая усилить не только реологическое и водоредуцирующее действие СП, но и реализовать реакционно-химическое взаимодействие коллоидных фракций муки с гидролизной известью портландцемента. К горным породам, обладающим такой способностью, относятся кремень, халцедон, андезит, базальт, дацит, некоторые вулканические стекла, трассы, молотый гравий и другие. К искусственным материалам относятся отходы некоторых видов керамики, кварцевое стекло, МК, микрокаолин, некоторые золы и шлаки и др. Все эти компоненты являются незаменимыми в составе высокопрочных бетонов. Но только МК является нанодисперсным. Другие добавки надо размалывать до очень высокой удельной поверхности и, видимо, такая технология реальна для будущего, когда получит наибольшее развитие помол по замкнутому циклу с пневмосепарацией продуктов измельчения. Более дешевый и доступный путь получения супертонких реакционно-активных частиц – сепарация отходов флотационных фабрик, отходов сухой магнитной сепарации руды, пылей, газоочисток.

Таким образом, используя принципы получения высокопрочных бетонов, необходимо реализовать их в технологии бетонов общего назначения классов В20-В40. Основной принцип касается улучшения реологии водно-минерально-цементной дисперсии с СП по сравнению с реологией чисто цементно-водной дисперсией. Он основан на эффекте соразжижения композиций, включающих смесь цемента и каменной муки. На рис. 1а, б показано изменение водотвердого отношения доломито-цементной суспензии по сравнению с цементной при одинаковых значениях предельного напряжения сдвига, равного 8 Па. Доломитовая мука имела удельную поверхность S_уд = 350м²/кг, цемент – 320м²/кг.

Рис. 1 (а, б) Изменение содержания воды (В/Т) в цементно-доломитоводной суспензии при различном содержании муки, а – цемент с доломитовой мукой S_уд= 350 м²/кг; б - цемент со смесью доломитовой мукой с S_уд= 660 м²/кг

и с S_уд= 350 м²/кг в соотношении их 1:1,5.

Из рис. 1а видно, что доломитоводная дисперсия с СП имеет более низкое водосодержание (17%) по сравнению с цементно-водной (21%), а композиционная доломито-цементная – при одинаковом содержании компонентов не подчиняется правилу аддитивности по водосодержанию, где оно составляет 17,5%. В этой системе достигается синергетический эффект и водоредуцирующее действие составляет

Уменьшение доли доломитовой муки до 50% от массы цемента повысило водосодержание смеси до 18,3%.

Если в качестве дисперсного наполнителя использовать смесь из доломитовой муки с S_уд = 650м²/кг и муки с S_уд = 350м²/кг в соотношении 1:1,5, то при смешении этой композиции с цементом 1:1 по массе водосодержание снижается до 16,5, а водоредуцирующее действие повышается до 21,4%. Уменьшение доли доломитовой муки до 50% от массы цемента повышает водосодержание до 17%. Используя установленную закономерность увеличения водоредуцирующего действия СП при добавлении доломитовой муки к цементу были изготовлены «тощие» тяжелые бетоны. Для этого использовались следующие материалы: портландцемент Вольский М500 Д0, доломитовая мука с S_уд = 350м²/кг, доломитовый щебень из отходов камнедробления фр. 5-10мм, песок Сурский мелкий с М_к = 1,4, суперпластификатор Sika Viskocrete-20HE.

В таблице представлены составы бетонов и их прочностные показатели.

Как следует из таблицы бетоны из более пластичных бетонных смесей с доломитовой мукой имеют значительно более высокие приросты прочности по сравнению с контрольным, чем более жесткие. В подвижной смеси с мукой (состав 2) обеспечивается более чем двукратный прирост прочности по сравнению с контрольной и существенно снижается блокирующее действие СП на формирование ранней прочности.

Для того, чтобы снизить замедляющее действие СП содержание его было уменьшено до 0,54% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Это ускорило набор ранней прочности в контрольном составе (состав 3), но незначительно повысило прочность бетона с мукой (состав 4) по сравнению с прочностью равноплотного и пластичного состава с мукой (состав 2).

Вероятно, это объясняется тем, что в более жестких составах недостаток СП сказался на снижении микрооднородности распределения муки при непродолжительном времени перемешивания. В зарубежной практике при использовании каменной муки и МК используются высокоскоростные бетоносмесители.

Установленные закономерности подтвердились на других составах бетонов с добавкой МК и доломитовой мукой, не связывающей гидролизную известь, что позволило сформулировать некоторые особенности формирования прочности сильнонаполненных бетонов:

1. Для бетонов с низким содержанием цемента количество каменной муки должно составлять не менее 50% к массе цемента для увеличения объема реологически активной матрицы по отношению к суперпластификатору.

2. При использовании каменной муки в пластифицированных пластичных бетонных смесях с низким содержанием портландцемента достигается значительное повышение прочности бетонов по сравнению с контрольными.

3. В пластичных бетонных смесях с каменной мукой существенно снижается замедляющее действие СП на формирование ранней прочности бетона по сравнению с бетоном без добавления муки.

Таблица

Составы бетонов и кинетика нарастания их прочности

№п/п	Составы бетонов, кг		ОК, см Ж, с	ρ, кг/м3	Прочность при сжатии, МПа через сут.
	Цемент – 280 Песок – 750 Щебень – 1280 СП – 0,78% (на сухое вещество от Ц) Вода – 187	0,66	6-7см		не зат-вер-дел	не зат-вер-дел	8,0	13,2	20,4	23,2
	Цемент – 280 Каменная мука – 140 Песок – 750 Щебень – 1140 СП – 0,78% (на сухое вещество от Ц) Вода – 138	0,49	4-5см		2,2	22,8	–	44,3	48,8	58,0
	Цемент – 280 Песок – 750 Щебень – 1280 СП – 0,55% (на сухое вещество от Ц) Вода – 149,6	0,54	13с.		не зат-вер-дел	11,6	27,7**	36,0	41,4	48,6
	Цемент – 280 Каменная мука – 140 Песок – 750 Щебень – 1140 СП – 0,55% (на сухое вещество от Ц) Вода – 138	0,49	14с.		3,2	17,8*	44,2**	46,8	54,8	63,2

Примечание: * – прочность через 2 суток;

** – прочность через 9 суток.

4. В жестких бетонных смесях с реакционно-неактивной каменной мукой при недостатке СП снижается прочностной эффект композиционного вяжущего.

5. Добавка микрокремнезема в количестве 10-12% к каменной муке усиливает реологическое действие СП, снижает его блокирующее действие и в большей степени повышает конечную прочность бетона.

6. Предварительную оценку реологической активности муки для бетонов с СП необходимо осуществлять на суспензиях при В/Т 0,15-0,19, изготовленных из дисперсии цемента и муки в соотношении 1:1÷1:0,5, по значениям предельного напряжения сдвига или на равнопластичных расплыву суспензий на мини-вискозиметре Суттарда. Показатель водоредуцирования является основным критерием выбора горной породы для изготовления муки.

7. Для изготовления муки могут быть использованы отходы камнедробления с рассевом их на сите 3мм; при этом фракция 3-5÷3-10мм используется в качестве мелкозернистого щебня в бетон, а отсев размалывается в мельнице до S_уд = 300-350м²/кг.

Литература 2

1. Калашников В.И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов.// Диссертация в форме научного доклада на соискание степени д.т.н., Воронеж, 1996. 89 с.

2. Калашников В.И., Иванов И.А., О структурно-реологическом состоянии предельно разжиженных высококонцентрированных дисперсных систем.// Труды IV Национальной конференции по механике и технологии композиционных материалов. БАН, София. 1985. с. 127-130.

3. Иванов И.А., Калашников В.И. Эффективность пластифицирования минеральных дисперсных композиций в зависимости от концентрации в них твёрдой фазы.// Реология бетонных смесей и её технологические задачи. Тез. доклад III Всесоюзного симпозиума, Рига. РПИ, 1979. с. 35-38.

4. Калашников В.И., Иванов И.А. О характере пластифицирования минеральных дисперсных композиций в зависимости от концентрации в них твёрдой фазы.// Механика и технология композиционных материалов. Материалы II Национальной конференции, София: БАН, 1979. с. 455-458.

5. Калашников В.И. О реакции различных минеральных композиций на нафталин-сульфокислотные суперпластификаторы и влияние на нее быстрорастворимых щелочей.// Механика и технология композиционных материалов. Материалы III Национальной конференции с участием зарубежных представителей. София. БАН 1982.

6. Калашников В.И. Учёт реологических изменений бетонных смесей с суперпластификаторами.// Материалы IX Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Ташкент 1983), Пенза. 1983. с. 7-10.

7. Калашников В.И., Иванов И.А. Особенности реологических изменений цементных композиций под действием ионностабилизирующих пластификаторов.// Сборник трудов "Технологическая механика бетона" Рига РПИ, 1984. с. 103-118.

8. Dallaire E., Bonnean O., Lachemi M., Aitsin P.-C. Mechanical Behavior of Consined Reactive Powder Concrete.// American Society of Civil Engineers Materials Engineering Coufernce. Washington. DC. November 1996, Vol. 1, pр. 555-563.

9. Richard P., Cheurezy M. Composition of Reactive Powder Concrete. Scientific Division Bougies.// Cement and Concrete Research, Vol. 25. No. 7, 1995. - pp. 1501-1511.

10. Баженов Ю.М. Повышение эффективности и экономичности технологии бетонов // Бетон и железобетон, 1988. №9. с. 14-16.

11. Баженов Ю.М. Технология бетона//издательство Ассоциации высших учебных заведений, М.: 2002. 500 с.

12. Батраков В.Г. и др. Суперпластификатор-разжижитель СМФ.// Бетон и железобетон. 1985. №5. с. 18-20.

13. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны // М.: Стройиздат, 1998. 768 с.

14. Долгополов Н.Н., Суханов М.А., Ефимов С.Н. Новый тип цемента: структура цементного камня.// Строительные материалы. 1994. №1. с. 5-6.

15. Калашников С.В. Тонкозернистые реакционно-порошковые дисперсно-армированные бетоны с использованием горных пород. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Пенза. 2007, 175 с.

16. De Larrard F., Sedran Th. Optimization of ultrahigh-performance concrete by the use of a packing model. Cem. Concrete Res., Vol.24 (6). 1994, S. 997-1008.

17. Сrübl P, Lemmer C., Rühl M.Vom Gussbeton zum Selbsverdichtenden Beton. Centrum Baustoffe Und Meterialprüfung. Schrifftenreihe Baustoffe // Fest – schrift zum 60. Geburtstag von. Prof.Dr.-Jng. Peter Shliessl. Heft 2/2003. S.243-249.

Литература на 1 часть

1. Bornemann R., Fenling E. Ultrahochfester Beton-Entwicklung und Verhalten.// Leipziger Massivbauseminar, 2000, Bd. 10, s. 1-15.

2. Schmidt M. Bornemann R. Möglichkeiten und Crensen von Hochfester Beton.// Proc. 14, Jbausil, 2000, Bd. 1, s. 1083-1091.

3. Grübe P., Lemmer C., Rühl M. Vom Gussbeton zum Selbstverdichtenden Beton. s. 243-249.

4. Kleingelhöfer P. Neue Betonverflissiger auf Basis Policarboxilat.// Proc. 13. Jbasil Weimar 1997, Bd. 1, s. 491-495.

5. Калашников В.И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов.// Диссертация в форме научного доклада на соискание степени д.т.н., Воронеж, 1996. 89 с.

6. Соломатов В.И., Выровой В.Н. и др. Композиционные строительные материалы и конструкции пониженной материалоёмкости.// Киев, Будивельник, 1991, 144 с.

7. Аганин С.П. Бетоны низкой водопотребности с модифицированным кварцевым наполнителем.// Автореферат на соискание уч. степени к.т.н., М, 1996. 17 с.

8. Фадель И.М. Интенсивная раздельная технология бетона, наполненного базальтом.// Автореферат дис. к.т.н. М:, 1993. 22 с.

Аннотация

к статье Калашникова В.И. ЧЕРЕЗ РАЦИОНАЛЬНУЮ РЕОЛОГИЮ В БУДУЩЕЕ БЕТОНОВ 1.Виды реологических матриц в бетонной смеси, стратегия повышения прочности бетона и экономии его в конструкциях

В статье рассматриваются возможности модификации бетонных смесей суперпластификаторами каменной мукой и микрокремнеземом, усиливающих водоредуцирующее действие, с целью повышения прочности бетона и уменьшения массы конструкций.

Сведения об авторе

Калашников Владимир Иванович – Заслуженный деятель науки РФ, Почетный работник высшего профессионального образования РФ, академик МАНЭБ, д.т.н, профессор, заведующий кафедрой технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенского государственного университета архитектуры и строительства.

Автор и соавтор более 750 публикаций, в том числе 21 монографии, 32 учебных пособий, 51 авторского свидетельства на изобретения и патента.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: