Размещено на http://www.allbest.ru/

6

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ И СТРУКТУРУ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

Хакимуллина С.А.

Новосибирский государственный

архитектурно-строительный университет

(Сибстрин),

Россия, г. Новосибирск, Тургенева, 165, 630008

Abstract. The properties of concrete are determined by the cement stone - the weakest of its structural components. The main factor is the porosity of the cement stone, which is negatively correlated with strength. One way to increase the density, and because of the strength is the introduction of mineral additives into the concrete at the stage of its manufacture. To ensure the high effectiveness of the action of these additives, it is important not only their properties, but also the amount and dispersion to be introduced. It was found the optimal ratio of silica fume and the diopside to maximize the strength properties of the material. In this case the strength characteristics of the fine-graned concrete has the strength characteristics is 2.5 times higher than the control sample.

Введение

В известных случаях [1-2] минеральные добавки благоприятно влияют на увеличение плотности и прочности, однако, количество одной и той же добавки колеблется в очень широких пределах. Применение комплексных добавок, состоящих из активной и инертной составляющих, изучение механизма их действия в настоящее время представляет научный интерес и является весьма актуальной темой. В связи с этим, целью данной работы является модифицирование состава мелкозернистого бетона для увеличения плотности и прочности.

Экспериментальная часть

В данной работе использовался портландцемент класса ЦЕМ I 42,5Н, песок с модулем крупности 2,5. В качестве модифицирующих добавок использовались: активная минеральная добавка (микрокремнезем МК-85), инертная минеральная добавка (диопсид), а так же их комплексное введение.

Модифицирование микрокремнеземом

Одним из продуктов реакции алита с водой является гидроксид кальция (Ca(OH)₂). При введении в цементную пасту микрокремнезем вступает в реакцию с гидроксидом кальция, образуя новые соединения гидросиликатов кальция, обладающих большей прочностью, чем Ca(OH)₂ [2], что положительно сказывается на плотности и прочности модифицированного образца. Анализ снимков микроструктуры показал высокую пористость не модифицированного бетона (рис. 1 а). Добавление микрокремнезема существенно изменяет материал, формируя более плотную структуру с новообразованиями гидросиликата кальция игольчатой структуры (рис. 1 б).

Рисунок 1. Микроструктура образцов при увеличении 1000-крат: а - контрольный образец; б - образец с добавлением микрокремнезема

Массовая доля микрокремнезема варьировалась от 0 до 14 % от массы цемента. Максимальные значения прочности образцов достигаются при введении 12 % микрокремнезема, при этом прочность на сжатие повышается почти на 55 %, по сравнению с контрольным (бездобавочным) образцом. Дальнейшее увеличение массовой доли добавки приводит к снижению прочностных показателей.

Модифицирование диопсидом

Модуль упругости диопсида больше, чем у цементного камня, и концентрация напряжений, вероятно, будет происходить на частицах добавки, что приведет к увеличению механической прочности образцов. Диопсид был предварительно измельчен в разных мельницах до различной дисперсности. Были получены 3 размера частиц - 52,5 мкм, 10,4 и 8,9 мкм. Массовая доля добавки в данном случае варьировалась от 0 до 9 % от массы цемента.

Проведенные эксперименты показывают, что введение диопсида, независимо от его размерности, повышает прочностные свойства. При этом сам характер влияния массовой доли не универсален - с уменьшением дисперсностизначения массовой доли добавки, при которой достигается максимальная прочность, также снижается. Оптимальное значение содержания добавки с наименьшими частицами составляет 3 %, а с наибольшими - 7 %, при этом значения прочности образцов выше контрольного на 45,7 % и 46,7 % соответственно.

Модифицирование комплексной добавкой

Для дальнейшего эксперимента выбраны составы с наилучшими прочностными показателями. На рисунке 2 есть возможность оценить равномерную структуру цементного камня, сформировавшуюся с добавлением комплексной добавки (рис. 2 а). При увеличении можно рассмотреть, что структура имеет плотные лучевые составляющие, сохраняющие свою форму в случае приложения нагрузки (рис. 2 б). Прочность на сжатие при совместном использовании добавок оказывается выше, чем при отдельном использовании каждой из них. Максимальное упрочнение бетона достигается при введении комплексной добавки, включающей 7 % по массе диопсида с частицами размером 52,5 мкм и 12 % микрокремнезема. Прочность на сжатие мелкозернистого бетона при этом увеличивается в 2,5 раза.

Рисунок 2. Микроструктура образцов с комплексной добавкой: а - при увеличении 2500-крат; б - при увеличении 10000-крат, после приложения разрушающей нагрузки

диопсид плотность микроструктура бетон

Заключение

Использование минеральных добавок, как инертных (диопсида), так и активных (микрокремнезема) в качестве модифицирующих добавок позволяет получать мелкозернистый бетон с плотной структурой и высокими показателями прочности. При введении диопсида повышение прочности образцов происходит вследствие микроармирования структуры. С уменьшением дисперсности инертной минеральной добавки уменьшается ее оптимальное количество, обеспечивающее наибольшее упрочнение, что соответствует теории плотнейшей упаковки частиц [3]. Добавление в состав мелкозернистого бетона микрокремнезема так же позволяет увеличить прочность на сжатие, так как микрокремнезем связывает свободный гидроксид кальция в низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие большую прочность. В случае с микрокремнеземом правило плотнейшей упаковки не может быть применено, так как в нем не учитывается химизм добавки. Оптимальная концентрация достигается в случае, когда количество микрокремнезема достаточно для участия в химической реакции. Максимальное увеличение прочности оказывает комплексная добавка, сочетающая в себе оба механизма упрочнения инертной и активной добавок. Мелкозернистый бетон при этом имеет прочностные характеристики в 2,5 раза выше, по сравнению с контрольным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества - М.: Стройиздат, 1979. - 476 с .

2.Кирсанова А.А. К вопросу о долговечности бетонов с комплексными добавками, включающими метакаолин // Фундаментальные и прикладные науки - основа современной инновационной системы. - 2015. - С. 198-203.

3.Ильина Л.В., Бердов Г.И., Раков М.А. Мельников А.В. Влияние дисперсности минеральных добавок на прочность цементного камня // Новые технологии в строительном материаловедении. - 2012. - С. 68-71.

Размещено на Allbest.ru