В главе 3 проведены исследования процессов структурообразования прессованных мелкозернистых бетонов. Изучено влияние тонкомолотого микронаполнителя из кварцевых песков на: процессы структурообразования, степень гидратации, параметры порового пространства, свойства затвердевшего бетона.

При разработке состава многокомпонентного вяжущего определено наиболее оптимальное соотношения портландцемента и тонкомолотого наполнителя (ПЦ 75% и МН 25%), которое будет использовано в дальнейших исследованиях (табл. 6).

Таблица 6

Характеристика состава бетона	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности на сжатие, МПа		В/Ц	Водопог-лощение, %
		7	28
ПЦ75%,МН25% без добавки	2310	24,8	40,3	0,28	4,4
ПЦ75%,МН25% с добавкой АДМАХ 0,1%	2360	36,8	59,4	0,25	2,43
ПЦ75%,МН25% с добавкой БИО-НМ 1,5% от Ц	2320	27,4	52,1	0,27	4,07

Свойства прессованных бетонов с модифицированным заполнителем и микронаполнителем из тонкомолотых кварцевых песков
Анализ приведенных результатов показывает, что модификация заполнителя катионактивной добавкой АДМАХ позволяет увеличить физико-механические свойства прессованного мелкозернистого бетона.

Изучение сырьевой базы Чеченской Республики по наличию заполнителей для приготовления бетонов показал, что ощущается дефицит средне- и крупнозернистых кварцевых песков, но наблюдается широкое распространение валунно-песчано-гравийных смесей (ВПГС), которые в настоящее время используются в качестве сырья для получения щебня. В настоящей работе применяются отсевы от дробления этих пород (рис. 1, 2).

а)

б)

Рисунок 1   Поверхность частиц отсева дробления в отмытом состоянии (а), землистая структура отдельных зерен (б)

а)	б)		в)
г)		д)

Рисунок 2   Форма и морфология поверхности частиц отсева

дробления в естественном состоянии:

а - ВПГС; б – зерно ВПГС; в - поверхность зерна ВПГС; г – зерна кубовидной и лещадной формы; д – плотная «рубашка» на поверхности кварца из глинистого вещества

Применение мытого отсева дробления вместо рядового практически не сказалось на жесткости и степени уплотнения цементно-песчаной смеси и на прочности прессованного бетона. По-видимому, пылевидные частицы, содержащиеся в рядовых отсевах дробления, выполняют роль микронаполнителя. Следовательно, промывка заполнителя приводит к повышению межзерновой пустотности и незначительному снижению прочности бетона (табл. 7).

Таблица 7

Влияние промывки заполнителя на прочность прессованного мелкозернистого бетона.

Расход материалов, кг/м3			Запол- нитель	Жесткость, с	Коэффициент уплотнения, КУП	Прочность бетона, МПа
Ц	ОД	В
580	1680	160	рядовой	49	1,81	43,3
			мытый	47	1,79	41,5
620	1580	165	рядовой	43	1,82	52,2
			мытый	46	1,81	51,2

Для получения прессованных бетонов класса В50 и выше была рассмотрена возможность применения смешанного заполнителя, состоящего из природного Червленского песка и мытого отсева дробления ВПГС. Применение укрупняющей добавки приводит к снижению пустотности и водопотребности заполнителей, что может привести к повышению прочности и морозостойкости бетона. Наибольший прирост прочности бетона имеет место при соотношении П : ОД= 1 : 1, так как прочность увеличилась на 12 - 13 МПа. Результаты испытаний приведены в табл. 8 и 9.

Таблица 8

Характеристики смешанных заполнителей

Доля песка в заполнителе	Соотношение П/ОД	Средняя плотность заполнителя в уплотненном состоянии, кг/м3	Пустотность заполнителя в уплотненном состоянии, %
1,00	1/0	1930	29,4
0,80	4/1	2000	26,7
0,67	2/1	2020	26,0
0,50	1/1	2070	24,2
0,33	0,5/1	1950	28,6
0,00	0/1	1950	38,8

На структурообразование и свойства как свежеуплотненных смесей, так и затвердевших бетонов оказывают влияние многочисленные рецептурные и технологические факторы. Среди них можно выделить основные: исходное водосодержание и давление прессования при уплотнении смеси, расход вяжущего, условия приготовления смеси и последующего твердения композита.

Таблица 9

Влияние заполнителей на свойства бетонов

Доля песка в смеси заполни­телей	Соотношение заполнителей П/ОД	В/Ц	Коэффициент уплотнения, КУП	Прочность бетона на сжатие (МПа) в возрасте, сут.
				7	28
1,00	1/0	0,28	1,72	24	45
0,83	5/1	0,27	1,73	29	50
0,65	2/1	0,26	1,77	34	53
0,50	1/1	0,26	1,77	38	57
0,42	0,7/1	0,25	1,76	37	55

Исследования показали заметное водоотделение при прессовании формовочных смесей с начальным водосодержанием 7,5 % и 9 %, поэтому в последующем готовили формовочные смеси с водосодержанием 6,5 %, обеспечивающим наибольшую прочность затвердевшего бетона (табл. 10, рис. 3).

Таблица 10

Свойства свежеуплотненных и затвердевших бетонов в зависимости от водосодержания

Начальное водосо-держание (% от массы сухих компонентов)	Свойства свежеотформованых композитов			Свойства затвердевших композитов
	Коэффи­циент уплотне­ния	Средняя плотность, кг/м3	Распалубоч-ная проч­ность, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа
5,5	1,51	2300	0,90	2274	51,4
6,5	1,72	2326	0,84	2292	58,8
7,5	1,80	2314	0,81	2286	57,1
9,0	1,83	2292	0,70	2262	52,2

Рисунок 3   Зависимость прочности (1) и плотности (2) прессованного

бетона от начального водосодержания
С увеличением расхода вяжущего повышаются физико-механические характеристики затвердевшего бетона. Однако, при расходах цемента более 25 % прирост прочности бетонов замедляется (табл. 11 и рис. 4).
Таблица 11

Свойства свежеотформованных и затвердевших бетонов в зависимости от расхода вяжущего

Относительное содержание вя­жущего в формовочной смеси, %	Свойства свежеуплотненных композитов		Свойства затвердевших композитов
	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа
20	2230	0,86	2190	51,6
25	2320	1,05	2290	57,8
30	2340	1,08	2310	59,6
35	2350	1,14	2320	61,8

Рисунок 4   Зависимость прочности на сжатие (1) и плотности (2) прессованного бетона от расхода вяжущего

Результаты оценки влияния давления прессования на свойства свеже­сформованных и затвердевших бетонов приведены в табл. 12.
Таблица 12

Влияние давления прессования на свойства свежесформованных и затвердевших бетонов

Давление прессова­ния, МПа	Свойства свежеотформованых композитов			Свойства затвердевших композитов
	Коэффициент уплотнения	Средняя плотность, кг/м3	Распалубочная прочность, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа
20	1,56	2245	0,85	2215	42,7
30	1,77	2330	1,16	2295	54,8
40	1,82	2350	1,22	2320	55,1
50	1,83	2360	1,23	2325	53,2

Увеличение давления прессования свыше 30 МПа оказывает малозначительное влияние на свойства как свежеуплотненных, так и затвердевших композитов, поэтому в дальнейших исследованиях было принято давление прессования 30 МПа как наиболее рациональное (рис. 5).

Рисунок 5   Зависимость прочности на сжатие (1) и плотности (2) прессованного бетона от давления прессования

Оценка влияния условий твердения бетонов приведена в табл. 13.

Даже при использовании "мягкого" режима тепловлажностной обработки свойства прессованных бетонов оказались немного ниже, чем у бетонов естественного твердения.

Таблица 13

Влияние условий твердения на свойства прессованного бетона

Относи-тельное содер-жание вяжущего %	Свойства пропаренных бетонов			Свойства бетонов нормального твердения
	Средняя плот- ность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа	Водопо- глощение по массе, %	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа	Водопо- глощение по массе, %
25	2305	53,6	4,2	2310	56,8	3,6

Отрицательный заряд поверхности заполнителя предопределяет использование катионактивных ПАВ, способных наиболее эффективно повысить адгезионную связь на поверхности раздела цементная матрица – заполнитель. Отсюда следует, что одной из важных характеристик ПАВ является их электрокинетическая активность и не менее важный показатель оптимальное содержание ПАВ в композите, обеспечивающее максимальное увеличение прочности.

Исследованиями влияния модифицированной катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя на процессы структурообразования и свойства прессованного мелкозернистого бетона установлено, что при обработке заполнителя катионактивными ПАВ происходит избирательно-ориентированная адсорбция его макромолекул, полярная концевая группа молекул заряжена положительно, и поэтому в нейтральном или щелочном растворе она притягивается отрицательно заряженной поверхностью кремнезема, и одновременно гидрофобные углеводородные цепи молекул стремятся освободится от воды и присоединиться друг к другу, формируя в растворе адсорбционный монослой, в результате этого поверхность становится гидрофобной. Такой характер адсорбции способствует более полному смачиванию, а, следовательно, лучшему прониканию цементной композиции в микрорельеф заполнителя, тем самым создают благоприятные условия для получения прочного адгезионного контакта. Установлено, что использование модифицированного АДМАХ заполнителя улучшает уплотняемость формовочных смесей, изменяет характер открытой пористости и повышает прочностные характеристики бетона (табл. 14).

Таблица 14

Влияние катионактивной добавки на свойства прессованных бетонов

Вид используемой катионактив- ной добавки	Распалубоч-ная проч­ность бетона, МПа	Коэф-фици-ент уплотне ния купл	Свойства затвердевшего композита
			Средняя плот­ность, кг/м3	Водопо-глощение по массе, %	Предел прочности при сжатии, МПа	Открытая пористость, %
Контрольный (без добавки)	0,85	1,78	2410	4,20	43,3	10,1
С добавкой АДМАХ 0,1%	0,95	1,71	2350	2,43	56,6	7,2
С добавкой ГКЖ-11 0,1%	0,92	1,69	2290	3,82	53,8	8,7

Установлено, что формирование на поверхности заполнителя четного числа слоев модификатора нежелательно, так как он не дает значительного прироста прочности. Наибольший эффект достигается при модифицировании заполнителя нечетным числом слоев ПАВ, т.е. пятью слоями катионактивной ПАВ (табл. 15).

Таблица 15

Влияние обработки заполнителя АДМАХ на его свойства и прочность прессованного бетона

Концентрация АДМАХ для обработки заполнителя, %	Кол-во монослоев АДМАХ на поверхн. заполнителя	Водопот- ребность, %	В/Ц при оди- наковой подвижности	Предел прочности при сжатии, МПа
				7 сут.	28 сут.
0	0	5,0	0,30	21,6	38,2
7х 10 -4	1	5,0	0,30	21,6	37,2
10 -3	2	5,0	0,30	22,2	39,8
4 х 10 -3	3	3,7	0,26	24,6	45,5
6 х10 -3	4	4,3	0,28	25,7	43,3
10 -2	5	3,7	0,26	31,6	56,4
6 х 10-2	6	4,0	0,28	24,3	43,1
7,5 х 10 -2	7	4,3	0,28	23,2	41,2
10 -1	8	5,0	0,30	20,7	31,6
10-2, введение с водой затворения	-	5,0	0,30	26,7	47,6

Вероятно, эти внешние слои АДМАХ могут десорбироваться с поверхности заполнителя в бетонной смеси, состоящей из модифицированного заполнителя, цемента и воды, в процессе достижения адсорбционного равновесия в ней и положительно влиять на процессы твердения. Данные дифференциально-термического и рентгенофазового анализа подтверждают это предположение.

Изучение структуры прессованного мелкозернистого бетона с использованием заполнителя поверхностно обработанного катионактивной добавкой АДМАХ, производилось методом рентгенографического анализа и растровой электронной микроскопии (рис. 6, 7). Было установлено, что использование модифицированного заполнителя в процессе гидратации клинкерных минералов способствует синтезу мелкокристаллических новообразований низкоосновных гидросиликатов кальция.

Исследования РФА показали, микроструктура цементного камня в возрасте 28-суточного твердения (рис. 7, а, увеличение ×5000) образцов без добавочных представлена рыхлой матрицей, отсутствуют новообразования с выраженным габитусом кристаллов. В 28-суточном возрасте микроструктура матриц образцов с использованием модифицированного заполнителя (рис. 7, б) преимущественно представлена плотной массой и мелкозернистой фазой, при этом основной элемент микроструктур – кристаллогидрат игольчатой формы. Преобладают призматические, волокнистые и игольчатые кристаллы. Отмечается высокая однородность структуры и четкое прорастание гидросиликатов по всей матрице композитов. У цементного камня с использованием модифицированного заполнителя практически отсутствуют поры и пустоты. Гидросиликаты кальция имеют форму мелких иглообразных кристаллов, иглы разветвленные, образуют дендритообразную непрерывную высокопрочную структуру.

Рисунок 6   Рентгенограммы контактной зоны цементного камня с модифицированным заполнителем (1) и контактная зона цементного камня с рядовым заполнителем (2)

а
б

Рисунок 7   Микрофотографии контактной зоны цементного камня с заполнителем (увеличение ×5000): а – цементный камень без добавочный;

б –цементный камень с использованием модифицированного заполнителя
Пластинки и чешуйки низкоосновного гидросиликата кальция заполняют пространство между частичками вяжущего, что способствует достижению высокой прочности твердеющей системы.

У образцов без добавочных пустот заполнены хорошо сформированными нитевидными, столбчатыми кристаллами, но такие агрегаты не соединяют стенки пор, следовательно, контакт между ними слабый, что в итоге ведет к понижению прочностных показателей.

Таким образом, использование модифицированного катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя положительно влияет на процессы структурообразования, повышает физико-механические и эксплуатационные свойства прессованных композитов.

<предыдущая страница | следующая страница>