Строительство и архитектура
Строительные материалы и изделия
Шоева Т.Е., соискатель Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета Каминский Ю.Д., кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук Баев В.С., кандидат химических наук, доцент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ СМЕШАННОГО ВЯЖУЩЕГО
Сделан анализ влияния механически активированной вяжущей смеси на водоцементное отношение, пористость и морозостойкость материала.
Ключевые слова: вяжущая смесь, морозостойкость, водопоглощение, плотность бетона.
RESEARCH OF FROST-RESISTANCE MIXED BINDER
The analysis of influence of mechanically activated binder mix on the water-cement attitude, porosity and frost-resistance of a material is made.
Keywords: cementing mixture, freeze-thaw durability, water absorption, concrete density.
Введение
Важнейшей характеристикой долговечности материалов, используемых в регионах с суровыми климатическими условиями, является его способность противостоять попеременному замораживанию и оттаиванию. Как известно [1], основной причиной разрушения насыщенного водой бетона при замораживании является расширение воды, находящейся в его порах. При этом большое значение имеет характер пористости, а также величина пор. Наиболее опасными являются сообщающиеся макропоры, так как по ним перемещается влага при насыщении. На характер пористости влияет исходный состав материала. Нередко при использовании аналогичных исходных материалов получаются противоположные результаты. Так авторы [2] показали, что бетоны с добавками золы не только выдержали испытания на морозостойкость, но и превысили проектную марку (коэффициент морозостойкости выше на 11-23%, чем у бетонов без золы). Ими отмечено, что основными факторами, положительно влияющими на морозостойкость и водонепроницаемость таких бетонов, являются: уменьшение водоцементного отношения, повышение плотности бетона, снижение водопоглощения. В работах [3-4] указано, что введение в бетон или раствор золы взамен части цемента приводит к увеличению капиллярной пористости и снижению контракционных пор, отрицательно сказывающиеся на морозостойкости. Авторами выведена зависимость: увеличение капиллярного водопоглощения на 10-20% на каждые 10% добавки золы. К такому разбросу показателей морозостойкости бетонов приводят неоднородность состава и свойств золы.
Для повышения морозостойкости бетонов содержащих золу различные авторы предлагают одновременно с золой вводить воздухововлекающие добавки [5] или добавки ПАВ [3-4].
В работе [6] проведена оценка влияния на морозостойкость наиболее опасного компонента - свободной извести. Показано, что бетоны на цементах с добавкой сланцевой золы (содержание СаОсв - 17,6 %) имеют пониженную капиллярную пористость, но с увеличением содержания свободной извести в цементе капиллярная пористость начинает возрастать. Однако при оптимальном содержании в составе бетона такой золы морозостойкость в сравнении с бетоном на портландцементе выше на 150 циклов. Ими же отмечено, что при введении в состав цемента кислой золы увеличивается количество ослабляющих структуру переходных зон или контактных зон [4], создающих дополнительную капиллярную пористость.
Целью работы явилось исследование влияния вяжущей смеси, состоящей из кислой золы, извести-пушонки и гипса на морозостойкость смешанного вяжущего.
Материалы и методы исследования
Смешанное вяжущее состояло из двух компонентов: портландцемента марки М 400 производства ОАО «Искитимцемент» и вяжущей смеси, включающей золу, известь-пушонку и строительный гипс. Количество вяжущей смеси в составе смешанного вяжущего менялось от 20 до 40% от массы цемента. Для сравнения готовили вяжущую смесь двух типов. Первый тип вяжущей смеси получали с использованием механической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0,015 MI в течение 3 мин. В качестве мелющих тел использовали стальные шары размером 2-10 мм. Соотношение веса материала к весу шаров брался как 1:30. Для второго типа исходные компоненты смеси раздельно измельчали на виброистерателе до прохождения через сито № 008. Затем измельченные компоненты тщательно перемешивались.
Испытания проводили на образцах размером 4х4х16 см, изготовленных из смешанного вяжущего и песка при их соотношении 1:3. Образцы готовились по тем же параметрам, что и для определения прочности. Морозостойкость образцов определялась в соответствии с методикой ГОСТ 10060.1-95 «Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости». Замораживание образцов производилось в морозильной камере АК-ФВ4М. Структуру образцов раствора изучали на сканирующем электронном микроскопе HITACHI TM-1000 в режиме низкого вакуума при разрешении - 30 нм.
Результаты исследования и их обсуждение
Так как, на пористость бетона большое влияние оказывает количество воды, то вначале изучили влияние механической активации на водовяжущее отношение смешанного вяжущего. Исследование изменения водовяжущего отношения для двух типов смеси показало, что при добавлении в смешанное вяжущее механоактивированной смеси приводит к снижению водопотребности по сравнению с добавкой неактивированной смеси. Уменьшение водопо-требности активированной золы (рис. 1) связано с уменьшением воды, удерживаемой агрегированными и пористыми частицами (объемная вода), количество которой превышает адсорбированную пленочную воду.
Для обоих типов смесей характерна прямая зависимость между содержанием вяжущей смеси в составе смешанного вяжущего и его водовяжущим отношением. Как видно из рисунка 1 значения нормальной густоты теста лежат в интервале характерном для известково-шлакового вяжущего [7].
Содержание вяжущей емеси, мае. %
Рис. 1. Зависимость нормальной густоты от содержания вяжущей смеси, заменяющей цемент
Твердение всех образцов в течение 28 суток происходило в нормальных условиях. Затем исходные образцы испытали на прочность на сжатие. Контрольные образцы перед испытанием согласно ГОСТ 10060.1-95 в течение 48 часов выдерживались в воде. Их испытание показало, что происходит снижение прочностных показателей как для образцов на смешанном вяжущем с активированной смесью, так и для образцов на смешанном вяжущем с неактивированной смесью (см. рис. 2). Снижение прочности контрольных образцов после выдержки в воде связано с вымыванием из структуры цементного камня портландита, образовавшегося в результате гидратации клинкерных минералов и портландита введенного вместе с вяжущей смесью [1].
с
2
—■—ИСХОД
21,76 —консольный
ч —* - основной
\
17,46
16,98
------------- ~~--* ■_. 1 15,56
16,74 —__
~— ___ -
15,38 14,88
12,72
а 20 30 40
Содержание вяжущей смеси, мае. %
С 16
£ 14
- 12 а
А
§ ю
с В
16,47 —■—ИСХОД - контрольный —Л - основной
14,74 *>А
14,42 \ \ X ч 11,37
ч ^ — ^ 10,56
ч ^ ___"
9,12 "1 9,87
7,96
б 20 30 40
Содержание вяжущей смеси, мае. %
Рис. 2. Прочности образцов раствора: а - с активированной вяжущей смесью; б - с неактивированной вяжущей смесью
Основные образцы испытали после 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Визуальный осмотр показал отсутствие видимых признаков разрушения. При этом прочность основных образцов при сжатии увеличилась по сравнению с контрольными (рис. 3).
1,4
¡- Я
I С 1.2
в о
Я И Я 'Я
¥ & «■I о
Ой 1
И а
о
1 акт —* -неакт 1,24 У 1,239 ---*
1,02 / ^ 1,01 —-—' / 1,07 1Д6
20
30
40
Содержание вяжущей смеси, мае. °/о
Рис. 5. Зависимость коэффициента морозостойкости от содержания вяжущей смеси образцов после 25 циклов замораживания и оттаивания
Повышение прочности бетона в начальные циклы замораживания-оттаивания связано с комплексом физико-химических изменений происходящих в материале [1]. Вследствие возникающего давления вода поступает к таким областям цементных зерен, к которым в обычных условиях твердения проникнуть не может. Увеличение степени гидратации цемента приводит к увеличению объема твердой фазы новообразований, которые заполняют поровое пространство. С увеличением объема твердой фазы увеличивается и объем адсорбционно-связанной воды, имеющей сниженную температуру замерзания. В зольных бетонах поры заполняются продуктами взаимодействия между частицами золы и клинкера. Так же этому процессу способствует расширение извести при гашении. На рисунке 3 видно, что для значения коэффициента морозостойкости у образцов, приготовленных с активированной смесью плавно повышается, характеризуя увеличение прочности. У образцов с добавкой неактивированной смеси происходит резкое повышение значения коэффициента с последующим выравниванием. Резкий прирост прочности основных образцов с добавкой неактивированной смеси объясняется низкой активностью золы, в результате которой большая часть Са(ОН)2 остается несвязанной в образце и поэтому общее его количество после выдержки в воде для основных образцов с неактивированной смесью выше.
хЮк 10 ит
хЮк 10 ит
Рис. 4. Структура образцов раствора: а - с добавкой активированной смеси; б - с добавкой неактивированной смеси
В составе образцов приготовленных с добавкой вяжущей смеси (активированной или неактивированной) изначально преобладают гидросиликаты кальция пониженной основности. На микрофотографиях (рис. 4) исходных образцов выдержанных в нормальных условиях в течение 28 суток заметно преобладание гелеобразных новообразований. Для образцов с добавкой активированной смеси, кроме гелевых новообразований, характерно заполнение по-
рового пространства игольчатыми новообразованиями, которые придают образцам дополнительную прочность.
Таким образом показано, что при оптимальном соотношении компонентов (золы, извести, гипса и цемента) в составе материала создается положительный эффект, который способствует увеличению морозостойкости бетонов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Судаков В.Б. Морозостойкость бетонов в разном возрасте. - М.-Л.: «Энергия», 1964 г. - 173 с.
2. Буравчук Н.И., Будницкий В.М., Бражников В.Ф., Мелентьев
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.