Расход и дисперсность молотого известняка для самоуплотняющегося бетона

РЕФЕРАТ. В работе исследовано влияние молотого известняка на свойства самоуплотняющегося бетона, который содержит в качестве вяжущего портландцемент и молотый гранулированный доменный шлак, бетонной смеси для его получения с пластифицирующей добавкой на поликарбоксилатной основе и растворной смеси с теми же вяжущим и суперпластификатором. Показано, что подвижность растворной смеси растет при повышении содержания и дисперсности известняка. Следует ожидать аналогичного изменения подвижности бетонной смеси. Установлено содержание известняка, позволяющее при его определенной дисперсности повысить подвижность данной бетонной смеси, не увеличивая содержание в ней суперпластификатора или воды, без снижения прочности бетона.

Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, молотый известняк, портландцемент, молотый гранулированный доменный шлак, пластифицирующая добавка на поликарбоксилатной основе.

Keywords: self-compacting concrete, ground limestone, Portland cement, ground granulated blast furnace slag, polycarboxylate-based superplasticizer.

Самоуплотняющиеся бетоны применяются в случаях бетонирования густоармированных конструкций, а также труднодоступных для уплотнения мест. Затвердевший самоуплотняющийся бетон по своим свойствам не отличается от бетона, уплотненного традиционными способами. Однако бетонная смесь для самоуплотняющегося бетона должна обладать рядом свойств [1], таких как:

• достаточная растекаемость, характеризую­щаяся диаметром расплыва конуса;

• вязкость, оценивающаяся продолжительностью вытекания из V-образной воронки или продолжительностью достижения диаметра расплыва конуса, равного 500 мм;

• способность смеси протекать через гус­тое армирование, характеризующаяся соотношением высот в L-образном ящике;

• хорошая связность, исключающая расслоение смеси и оценивающаяся остатком на сите.

Чтобы бетонная смесь обладала требуе­мыми свойствами, одним из необходимых условий является увеличение в ней количества цементного теста, что обеспечивается за счет применения кроме портландцемента минеральных добавок, таких как молотый гранулированный доменный шлак, зола-унос, мик­рокремнезем, метакаолин, молотые горные породы (в том числе известняк, кварцевый песок). Как правило, для увеличения количест­ва цементного теста используют многокомпонентные минеральные добавки, что позволяет улучшать свойства и бетонной смеси, и затвердевшего бетона.

При производстве вяжущих на основе портландцементного клинкера с двух- и трехкомпонентными минеральными добавками компоненты чаще всего измельчают по отдельности. Причина этого в том, что свойства вяжущего в значительной степени зависят не только от его вещественного и химико-минералогического состава, но и от грануломет­рического состава отдельных компонентов. В связи с этим требуют исследования вопросы оптимизации дисперсности минеральных компонентов.

Другое необходимое условие для получения самоуплотняющейся бетонной смеси — использование эффективной суперпластифицирующей добавки, чаще всего на поликарбоксилатной основе.

В связи с тем, что пластифицирующее действие добавок на поликарбоксилатной осно­ве зависит от вида, количества и дисперс­ности минеральной добавки [2—4], авторы поставили задачу установить содержание и дис­персность молотого известняка, при которых усиливается пластифицирующее дей­ствие суперпластификатора на поликарбокси­латной основе без снижения прочности самоуплотняющегося бетона.

Для исследования был выбран состав самоуплотняющегося бетона, содержащий портландцемент и молотый гранулированный доменный шлак. В качестве основного минерального компонента для увеличения количества цементного теста был использован молотый шлак, а в качестве второй минеральной добавки для повышения пластифицирующего действия суперпластификатора авторы предложили использовать молотый известняк. Как установлено в работе [2], соотношение масс портландцемента и молотого гранулированного доменного шлака, обеспечивающее максимальное пластифицирующее действие добавки на поликарбоксилатной основе — 50 : 50. 

Такое же их соотношение выбрано в данной работе, а молотым известняком заменяли часть порт­ландцемента и шлака, не изменяя указанное соотношение.

В работе использован портландцемент производства ОАО «Мордовцемент» ПЦ 500-Д0-Н нормированного состава, т. е. с ограниченным содержанием С₃А. Этот вид портландцемента выбран, поскольку известно, что с увеличением содержания С₃А в цементе снижается пластифицирующее действие суперпластификаторов. Использованы также шлак Тульского металлургического завода, состав которого приведен в работе [2]; песок, удовлетворяющий ГОСТ 8736—93 «Песок для строительных работ. Технические условия» с модулем крупности, равным 2,03; щебень фракций 5—20 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8267—93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»; известняк Савин­ского месторождения, химический состав которого представлен в табл. 1. Гранулометрический состав проб молотого известняка определен при помощи лазерного дифракционного анализатора размера частиц MicroSizer 201 и приведен в табл. 2.

Для получения тонкодисперсных частиц известняка использовалась центробежно-эллиптическая мельница АС100 (класс мельниц «Активатор C») фирмы Oy CYCLOTEC Ltd., Финляндия. Использование эффективного классификатора для разделения в воздушных потоках дисперсных материалов позволяет регулировать гранулометрический состав минеральных порошков. В работе использован классификатор центробежно-динамический фирмы «Ламел-777», Республика Беларусь.

Соотношение масс вяжущего, песка и щеб­ня в бетоне принято равным 1,00 : 1,50 : 1,36 в соответствии с рецептурой самоуплотняющегося бетона [1], соотношение В/Ц в бетонной смеси — 0,33. В качестве пластифицирующей добавки использован суперпластификтор на поликарбоксилатной основе (ГОСТ 24211—2008), который вводился в количестве 0,5 % массы порт­ландцемента.

Первоначально оптимальный расход и дис­персность молотого известняка подбирались на цементном растворе с последующей проверкой на бетонной смеси и бетоне. Для этого был приготовлен цементный раствор с водовяжущим соотношением, равным 0,3. Диаметр расплыва такой растворной смеси на встряхивающем столике без применения встряхиваний составил 168 мм. При последующих замесах часть вяжущего заменяли молотым известняком. Зависимость диаметра расплыва растворной смеси от содержания и тонкости помола известняка представлена на рис. 1. С увеличением тонкости помола и содержания молотого известняка диаметр расплыва смеси увеличивается.

Рис. 1. Зависимость диаметра расплыва растворной смеси от тонкости помола и содержания молотого известняка в вяжущем

Из растворных смесей были изготовлены образцы-балочки размерами 4 × 4 × 16 см и испытаны на изгиб и сжатие в возрасте 28 сут. После сравнения их прочностных характеристик в качестве оптимального принято содержание молотого известняка, введенного для повышения пластифицирующего действия суперпластификатора, равное 5 %, так как при большем расходе известняка обеих проб наблюдалось снижение прочности затвердевшего раствора (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость предела прочности при сжатии раствора от тонкости помола и содержания молотого известняка в вяжущем

Для проверки влияния молотого известняка пробы 2 (при его содержании в вяжущем 5 масс. %) на свойства самоуплотняю­щейся бетонной смеси ее приготовили с использованием двух составов вяжущего: без известняка и с его указанным содержанием. Испытания бетонной смеси проведены с использованием конуса высотой 30 см, их результаты представлены в табл. 3. Диаметр расплыва конуса при введении в бетонную смесь известняка увеличился на 6 %, при этом ее вязкость, характеризующаяся продолжительностью достижения диаметра расплыва конуса, равного 500 мм (обозначена Т₅₀₀), не изменилась.

Самоуплотняющиеся бетонные смеси с низкой вязкостью имеют хорошую заполняю­щую способность даже с густым армированием, хорошо самовыравниваются, а затвердевший бетон имеет гладкую поверхность. Однако в таких смесях могут наблюдаться водоотделение и расслоение.

Испытания на прочность образцов бетона в возрасте 1 и 28 сут подтвердили, что она не снижается, если ввести в бетонную смесь молотый известняк в количестве 5 % массы вяжущего, при этом прочность в возрасте 1 сут повысилась на 9 % (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость прочности бетона от продолжительности твердения и содержания молотого известняка в вяжущем

Таким образом, показано, что подвижность исследованной растворной смеси растет при повышении содержания и дисперсности молотого известняка. Следует ожидать аналогичного изменения подвижности исследованной бетонной смеси. Установлено, что введение в состав данной самоуплотняющейся бетонной смеси 5 % известняка определенной дисперсности позволяет повысить подвижность смеси, не увеличивая содержание в ней суперпластификатора или воды, без снижения прочности бетона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Brameshuber W. Selbstverdichtender Beton. Düsseldorf: Verlag Bau+Technik GmbH. 2004. S. 67.

2. Петрова Т.М., Смирнова О.М., Фролов С.Т. Свойства пластифицированных композиций портландцемент—доменный шлак с учетом электроповерхностных явлений // Вестник граж­данских инженеров. 2011. № 2 (27). С. 118—123.

3. Смирнова О.М. Оценка электрокинетического потенциала ультрадисперсных минеральных частиц — как способ выявления реологически активных наполнителей в пластифицированных цементных композициях // Cб. тезисов XII Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов. СПб.: Издательство РГГМУ. 2012. С. 189.

4. Felekoglu B. The effect of fly ash and limestone fillers on the viscosity and compressive strength of self-compacting repair mortars // Cement and Concrete Res. 2006. Vol. 36. P. 1719—1726.