Песок в Симферополе, Крыму

Одним из направлений эффективного использования цемента в строительстве является широкое использование вяжущих смесей, содержащих в своем составе повышенные дозировки активных минеральных добавок. Особое внимание среди минеральных добавок к цементам привлекают цеолитсодержащие породы (ЦСП). Отличительной характеристикой вяжущих смесей с использованием ЦСП является повышенная водопотребность, что вызывает необходимость использования пластификаторов.

В данной статье приводятся результаты экспериментальных исследований влияния добавки суперпластификатора С-3 на структуру и физико-механические свойства керамзитобетона марок 200-300, изготовленного на основе смешанного вяжущего из смесей с осадкой конуса от 5 до 15 см. Использование суперпластификаторов особенно эффективно в легких конструкционных бетонах, изготовляемых из пластичных смесей и отличающихся высокими расходами цемента.

Использовалась вяжущая смесь, полученное путем помола портландцемента марки 400 совместно с природной минеральной добавкой - цеолитсодержащей породой и суперпластификатора С-3 до удельной поверхности 415 м²/кг. Такой способ приготовления вяжущего позволяет активизировать не только клинкерную часть, но и активную минеральную добавку как за счет повышения дисперсности вяжущего с 285 до 415 м²/кг, так и за счет аморфизации силикатной фазы цеолитсодержащей породы при совместном измельчении ее с добавкой суперпластификатора.

Активная минеральная добавка содержит в своем составе (мае. %): клиноптилолит - 19; кальцит - 18; кварц - 7; активный кремнезем - 30; глинистые и гидрослюдистые минералы - 26. Химический состав цеолитсодержащей породы, по массе %: SiO₂ - 54,58; CaO - 17,94; TiО₂ - 0,26; Аl₂О₃ - 5,27; Fe₂О₃ - 0,08; MgO -1,12; Na₂O - 0,19; K₂O - 0,74; P₂O₅ - 0,04; ппп -19,78.

В целом видно, что активными компонентами породы являются не только клиноптилолит и опалкристобалит, но и монтмориллонит.

В качестве заполнителей использовались речной кварцевый песок с модулем крупности 2,7 и керамзитовый гравий фракции 5-20 мм со средней плотностью 500 кг/м³ и прочностью при испытании в цилиндре 2,5 МПа.

Приготовление керамзитобетонной смеси осуществлялась в лабораторном бетоносмесителе. Из керамзитобетонной смеси заданного состава формовались образцы-кубы с ребром 15 см, которые пропаривались при 90°С по режиму 3+2+8+2 ч. Часть образцов испытывалась через 4 ч после окончания пропаривания, остальные через 28 сут последующего нормального хранения. Оптимизация состава керамзитобетона с добавкой суперпластификатора производилась при помощи четырехфакторного почти D-оптимального плана второго порядка. В качестве независимых переменных определен расход вяжущего (X₁ = 300,450, 600 кг/м³), расход керамзита (Х₂ = 600, 750, 900 л/м³), удобоукладываемость керамзитобетонной смеси (Х₃ = 5, 10, 15 см) и содержание добавки С-3 (Х₄ = 0; 0,3; 0,6 % от массы вяжущего).

Анализ полученных моделей и результатов активного эксперимента позволил установить, что эффективность действия суперпластификатора в керамзитобетоне на смешанном вяжущем в условиях данного эксперимента возрастает с увеличением удобоукладываемости бетонной смеси, и особенно значительно - с увеличением содержания крупного заполнителя. По результатам этого эксперимента определены оптимальные составы легкого бетона марок 200, 250 и 300 как с добавкой, так и без добавки, анализ которых показывает, что на эффективность применения добавки суперпластификатора в количестве 0,6 мас. % смешанного вяжущего оказывает влияние прежде всего содержание такого наполнителя как керамзит. Для всех марок бетона наибольшее снижение расходов смешанного вяжущего (20-25 %) достигается при максимальном содержании керамзита.

Добавка С-3 повышает плотность керамзитобетона на данном виде вяжущего и приводит к некоторому увеличению средней плотности бетонной смеси и затвердевшего бетона при всех фиксированных расходах вяжущего и керамзита. В оптимальных составах бетонов марок 200-300 в присутствии добавки наблюдается снижение средней плотности легкого бетона за счет уменьшения расхода вяжущего.

Реологические исследования смешанного вяжущего показали, что введение ЦСП в его состав увеличивает эффективную вязкость в 1,7-2 раза при остальных равных отношениях. Величина эффективной вязкости зависит при этом от скорости сдвига. Изменение эффективной вязкости от скорости сдвига в тесте на смешанном вяжущем проявляется в большей степени, чем в портландцементном вяжущем. Введение пластификаторов в состав смешанного вяжущего при его помоле, как и следовало ожидать, снижает вязкость цементного теста при всех скоростях сдвига, но вместе с тем вязкость цементного теста при различных значениях В/Ц все-таки остается выше, чем теста на обычном портландцементе. Поэтому керамзитобетонная смесь на этом виде вяжущего при высоких значениях подвижности характеризуется хорошей связностью, однородностью и отсутствием расслаивания при формовании.

Изучение особенностей фазового состава продуктов гидратации смешанного вяжущего методами ДТА, РФА, ИКС и электронной микроскопии показало, что ЦСП приводит к увеличению объемной концентрации гидратных новообразований как за счет повышения степени гидратации клинкерных зерен, так и за счет взаимодействия Са(ОН)₂ с активными компонентами породы. Благодаря высокой гидравлической активности ЦСП в условиях пониженной концентрации СаО в жидкой фазе образуются, низкоосновные гидросиликаты кальция, кристаллизующиеся в присутствии суперпластификатора, в основном, в мелкодисперсном виде в форме игл и волокон.