Размещено на http://www.allbest.ru/

Винницкий национальный технический университет

Использование карбонатных пород, как микронаполнителей в сухих строительных смесях пористой структуры

УДК 691.327.33:691.322

В. П. Очеретный, канд. техн. наук, доцент А. В. Бондарь

Тел: +8 (0432) 56-08-48; эл. почта: vntu@vntu.edu.ua

Украина, 21021, Винница, Хмельницкое шоссе, 95

Аннотация

В статье проанализировано эффективность использования заполнителей на основе карбонатных пород для бетонов и предложено их использование в качестве микронаполнителей для изготовления поризованных сухих строительных смесей. Приведены результаты эксперементальных исследований.

Ключевые слова: сухие строительные смеси (ССС), пористая структура, карбонатные породы, известняк, минеральный микронаполнитель.

Введение

Эффективность использования в бетоне карбонатных заполнителей широко исследовалась как отечественными (П.И. Боженов [1], С.С. Гордон [2], А.А. Гордеев [3], П.Л. Еременок [4], Т.Ю. Любимова [5, 6], Р.Л. Маилян [7], Е.Г. Пинус [8, 9], Б. Г. Скрамтаев [10] и др.), так и зарубежными (Т. Торвальдсон [11], И. Ферран

[12] и др.) учеными. В связи с широкой разработкой месторождений пильных известняков и ракушечников также возник вопрос целесообразности использования известняковых отходов в качестве заполнителей для бетонов и растворов [13-17], которое остается актуальным и сегодня. Результаты исследований свидетельствуют, что заполнители из пористых известняков и известняков ракушечников, несмотря на низкую прочность породы (в среднем от 1,5 до 10 МПа), благодаря особенностям структуры и химико-минералогического состава, обеспечивающих получение на их основе при обычных расходах цемента конструктивных бетонов прочностью 15-30 МПа и выше.

Новым направлением развития отрасли строительных материалов является производство сухих строительных смесей (ССС) - сложных многокомпонентных композиционных материалов, которые получили широкое распространение благодаря своему высокому качеству. Актуальным вопросом в условиях ресурсо- и энергосбережения является разработка и производство конструкционно-теплоизоляционных ССС на основе местных сырьевых ресурсов и отходов производства. Сухие теплоизоляционные смеси представлены преимущественно составами, полученными на основе вспученных горных пород - перлита и вермикулита, а также изолирующими составами на основе дорогих полимерных вяжущих и добавок. Недостатком первых является высокая стоимость при достаточно посредственном качестве получаемых покрытий (низкая трещеностойкость, низкие прочностные показатели и долговечность, получение растворов низкого качества при малейших нарушениях технологии замеса), основной недостаток полимерных ССС - их высокая стоимость, что ограничивает область их использования специальными работами (например, клеящий раствор для кладки блоков из ячеистых бетонов). Поэтому новым направлением развития сухих строительных смесей является разработка смесей с пористой структурой на основе заполнителей и микронаполнителей из пористых известняков и отходов их обрабоки, что и было целью исследований в данной работе.

Проблематика

Повышенное содержание в составе различных отходов переработки горных пород пылевидных частиц (менее 0,16 мм) до 18-25% является основным препятствием их использования для получения растворов и бетонов. Однако для ССС требованиями стандартов [19] ограничивается крупность наполнителей от 0,2 до 2,5 мм в зависимости от назначения смеси, а для формирования прочной пористой структуры необходимо использование активных микронаполнителей.

Анализ исследований

Результаты предыдущих исследований по разработке составов цементных сухих строительных смесей пористой структуры на основании плотных минеральных заполнителей (кварцевый песок, глиняный порошок, карбонатный песок, зола-унос ТЭС) показали эффективность использования именно карбонатных наполнителей [20-24]. В [25] выдвинута гипотеза, что тонкодисперсные частицы карбонатов могут принимать активное участие в процессах структурообразования цементного камня, способствуя росту прочности последнего, а, следовательно, и существенно влиять на свойства полученного материала. Это подтверждается опытами исследования влияния измельченных карбонатных заполнителей на свойства бетонов [4, 14-17]:

1) прочность измельченного карбонатного песка имеет прочность значительно выше прочности карбонатного камня, что позволяет использовать заполнители из слабых пород осадочного и вулканического происхождения, например, ракушечника, пористых известняков, без потери прочности бетона;

2) пылевидные частицы известняков и ракушечников, являясь микронаполнителями цемента, увеличивают количество цементного теста, необходимого для покрытия более крупных частиц заполнителя сплошными пленками вяжущего, отличаются большей удельной поверхностью по сравнению с заполнителем из тяжелых горных пород;

3) вяжущее, содержащее карбонатный микронаполнитель, обладает лучшей адгезионной способностью по отношению к заполнителям, благодаря снижению толщины пленок цементного геля и уменьшению усадочных контактных напряжений;

4) ограничения наибольшей крупности зерна и подбор гранулометрии заполнителя уменьшает концентрацию местных микроструктурных напряжений в контактных зонах, повышает однородность технических свойств бетона;

5) благодаря адсорбционной способности известнякового заполнителя, происходит проникновение продуктов гидратации вяжущего в поверхностный слой частиц заполнителя, их укрепление и высокая степень сцепления с цементным камнем.

Таким образом, возникает необходимость исследования «эффекта микронаполнителя» из карбонатных пород и отходов их обработки для сухих строительных смесей, поризованных поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Результаты дальнейших экспериментальных исследований

Для дальнейшего исследования были выбраны различные оптимальные составы ССС, определенные ранее [21-22, 24-25]. Вариации происходили с типом заполнителей и наполнителей, их гранулометрией и сочетанием. Расходы цемента ограничивались 35-65% от веса сухих компонентов.

Водо-твердное (В/Т) соотношение определялось экспериментально, исходя из необходимой подвижности растворной смеси от 8 до 16 см, что определяется ее дальнейшим использованием для получения теплоизоляционных штукатурок и устройства изоляционных прошарков полов гражданских зданий.

Физико-механические свойства определялись на образцах-балочках размерами 4х4х16 см в возрасте 28 суток. Поскольку применения и твердения сухих смесей должно происходить преимущественно в воздушно-сухих условиях, образцы-балочки хранились в лабораторных условиях при t=20±5єC и относительной влажности воздуха не больше 65-75%.

Морозостойкость полученного материала не определялась, так как назначения разработанных ССС - для внутренних работ.

Составы ССС, характеристики и основные экспериментальные данные приведены в таблице 1. карбонатный бетон строительный

Таблица 1 Оптимальные составы разработанных ССС по заполнителях и их свойства

*КП - карбонатный порошок, ГП - глиняный порошок, П - кварцевый песок

Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

§ карбонатный микронаполнитель способен влиять на процессы структурообразования цементных композиций в составе поризованных сухих строительных смесей. Это объясняется созданием этим наполнителем дополнительных поверхностей раздела фаз, что способствует более равномерному распределению пор в структуре во время перемешивания смеси с водой, а также не разрушению пор во время протекания физико-химических процессов твердения вяжущего;

§ карбонатный микронаполнитель наполняет вяжущее, что способствует увеличению его удельной поверхности. Результатом является создание большего числа мелких пор в структуре цементного камня, которые характеризируются одинаковыми размерами, формой и повышенной прочностью;

§ при вводе карбонатного микронаполнителя в композиции ССС с пористой структурой возникает рост прочности. Это объясняется «эффектом микронаполнителя» - карбонатным микронаполнителям свойственна низкая химическая активность, обусловленная поверхностной энергией частиц, которая возникает, как следствие высокой дисперсности карбонатных песков и порошков. Взаимодействуя в водной среде с отдельными компонентами портландцементного клинкера, мелкодисперсные частицы карбонатных наполнителей обрастают новообразованиями более полно, чем частицы кварца. В результате этого эффекта в зонах контакта образуются прочные соединения, что значительно уменьшает разрушения пор в процессе твердения смеси;

§ карбонатный наполнитель, имея химичную активность, способствует равномерному распределению ПАВ в растворной смеси, а также позволяет использовать глинистые порошки, как стабилизаторы пенообразующих добавок и пластификаторы растворной смеси;

§ результатом проведенных экспериментов является получения сухих строительных смесей пористой структуры с прочностью от 3,84 до 14,02 МПа, которые отличаются снижением В/Т соотношения без потери подвижности растворной смеси.

Библиографический список

1. Боженов, П.И. Комплексное использование минерального сырья и екологія / П.И. Боженов. - М.: Изд-во АСВ, 1994. - 264 с.

2. Гордон, С.С. Влияние свойств заполнителей на прочность бетона сборных изделий и расход цемента / С.С. Гордон // Бетон и железобетон. - 1958. - №6. - С. 21.

3. Гордеев, А.А. Зависимость прочности бетона от свойств крупного заполнителя / А.А. Гордеев //Бетон и железобетон. - 1960. - №11. - С.523 - 525.

4. Еременок, П.Л. Известняковые бетоны и бетониты / П.Л. Еременок, Ю.В. Измайлов, В.Е. Ящук // К.: Бюро техн. информации НИИСК АС и АН УССР. - 1958. - С. 18 - 23.

5. Любимова, Т.Ю. О свойствах контактной зоны на границе между вяжущими и заполнителем в бетоне / Т.Ю. Любимова, Э.Р. Пинус // Труды НИИЖБ. - М.: Госстройиздат, 1962. - Вып. 28. - С.27 - 31.

6. Любимова, Т.Ю. Процессы кристаллизационного структурообразования в зоне контакта между заполнителем и вяжущим в цементном камне / Т.Ю. Любимова, Э.Р. Пинус// Колл. журн. - Т. XXIV. - №5. - С.62 - 69

7. Маилян, Р.Л. Известняк-ракушечник Гурьевской и Ростовской области в качестве заполнителей для бетонов / Р.Л. Маилян, Е.И. Лысенко // Сб. Пути повышения стойкости и долговечности строительных материалов и конструкций. - Ростов-на-Дону: изд. Ростовского ун-та. - 1966. - №12. - С. 37 - 42.

8. Пинус, Э.Р. Контактные слои цементного камня в бетоне и их значение / Э.Р. Пинус // Сб. НИИЖБ: Структура, прочность и деформации бетонов. - М.: Стройиздат, 1966. - С. 7 - 12.

9. Пинус, Э.Р. Структурообразующая роль карбонатных заполнителей в цементном бетоне / Э.Р. Пинус // Научн.-техн. сообщ. ВНИИНеруд. - Ставрополь-на-Волге. - 1962. - №8. - С.18 - 25.

10. Скрамтаев, Б.Г. Исследование свойств бетона и раствора на известняковом песке / Б.Г. Скрамтаев, П.Ф. Шубенкин, П.И. Боженов // Научн.-техн. сообщение ВНИИНеруд. - Ставрополь-на-Волге. - 1962. - №8. - С.12 - 19.

11. Tharvaldson, T. Effect chemical nature of aggregate and strength of steamcured portlandcement motars / Т. Tharvaldson // JACI - 1956. - №7. - Р. 26 - 31.

12. Farran J. De l'emploi des substitutions calcaires pour l'ame liaration des aggregats des betons / J. Farran, J.C. Mabo // Revue des materiaux. - 1964. - P. 586 - 586.

13. Долгорев, А.В. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов: Физико-химический анализ: Справ. Пособие / А. В. Долготарев. - М.: Стройиздат, 1990. - 456 с.

14. Дворкин, Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности / Л.И. Дворкин, И.А. Пашков. К.: Вища школа, 1989. - 208 с.

15. Дворкин, Л.И. Известняково-зольные бетоны с ускорителями твердения / Л.И. Дворкин, А.В. Мироненко, А.А. Погореляк // Строит. материалы и конструкции. - №2. - С. 20 - 21.

16. Дворкин, Л.И. Эффект активных наполнителей в пластифицированном бетоне / Л.И. Дворкин // Строительство и архитектура. - 1988. - С. 53-57.

17. Федоркин, С.И.. Механохимическая активация известняков при высокоскоростном измельчении и ее роль в формировании свойств карбонатних материалов на силикатнатриевом вяжущем / С.И. Федоркин, М.А. Лукьянченко // Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Сб. научн. тр. «Инновационные технологи дагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта». - Днепропетровск: ПГАСА. - 2004. - Вып. 30. - С. 10 - 15.

18. Прохоров, И.Б. Применение микронаполнителя в бетонах / И.Б. Прохоров // Современные наукоемкие технологии. - 2004. - №2 - С. 160-161.

19. ГОСТ Б В.2.7-126:2011 Смеси строительные сухие модифицированные. Общие технические условия. - ?Действующий от 2011-06-01. - К.: Министрество регионального развития и строительства Украины, 2011. - 42 с. - (Национальный стандарт Украины).

20. Макаревич, М.С. Сухие строительные смеси для штукатурных работ с тонкодисперсными минеральными добавками: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.23.05 / Макаревич Марина Сергеевна. - Томск, 2005 г. - 22 с.

21. Очеретний В. П. Використання відходів вапняку та промислових відходів у виробництві сухих будівельних сумішей [Текст] / В. П. Очеретний, В. П. Ковальський, А. В. Бондар // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. 2009. № 1. С. 36-40..

22. Проектування складів сухих будівельних сумішей з мінеральними добавками [Текст] / В. П. Очеретний, В. В. Смоляк, В. П. Ковальський, А. В. Бондар // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. 2010. № 1. С. 48-54..

23. Ковальський В.П. Обґрунтування доцільності використання золошламового в'яжучого для приготування сухих будівельних сумішей / В. П. Ковальський, В. П. Очеретний, М. С. Лемешев, А. В. Бондар. // Рівне: Видавництво НУВГіП, 2013. - Випуск 26. - С. 186 -193.

24. Очеретный В. П. Поризованные сухие строительные смеси: эффективность получения сухого пенообразователя методом сорбции и выпаривания [Текст] / В. П. Очеретный, В. П. Ковальский, А. В. Бондарь // Приволжский научный вестник. - 2013. № 10(26). - С. 36-40.

25. Ковальский В. П. Вплив мінеральних мікронаповнювачів на властивості поризованих сухих будівельних сумішей. [Текст] / В. П. Ковальский, В. П. Очеретний, А. В. Бондар // Вісник Сумського національного аграрного університету. - 2014. - № 10(18). - С. 44-47.

Размещено на Allbest.ru