Головна Будівництво Будівельне виробництво ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАН-НЯ ЛУЖНОГО ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕ-МЕНТНОГО БЕТОНУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ВЛАШТУ-ВАННЯ ДОРОЖНЬОГО ПОКРИТТЯ
joomla
ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАН-НЯ ЛУЖНОГО ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕ-МЕНТНОГО БЕТОНУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ВЛАШТУ-ВАННЯ ДОРОЖНЬОГО ПОКРИТТЯ
Будівельне виробництво - Будівельне виробництво

Анотація

Доведено ефективність активації шлакопортлан-Дцементних в’яжучих композицій комплексними добав-ками, що містять лужний компонент. Запроектовано Склад бетонних сумішей на базі модифікованого шлако-портландцементу з підвищеним вмістом шлаку, що за-безпечує отримання бетонів з поліпшеними експлуата-Ційними характеристиками.

Ключові слова: Лужна активація, шлакопортландце-Мент, гідратація.

Аннотация

Доказана Эффективность активации Шлакопорт-Ландцементных вяжущих композиций комплексными До-Бавками, Содержащими щелочной Компонент. Разрабо-Тан Состав Бетонных смесей На Основе модифицирован-Ного шлакопортландцемента С повышенным Содержани-Ем шлака, обеспечивающий получение бетонов с улучшен-Ными эксплуатационными Характеристиками. Ключевые Слова: Щелочная Активация, Шлакопортланд-Цемент, Гидратация.

The summary

The efficiency of an activation of slag-portland-cement Astringent compositions by the complex components containing an alkaline component is demonstrated. The structure of concrete mixes on the basis of modified slag-portland-cement with the heightened contents of slag ensuring obtaining of concretes with the improved operating characteristics is designed.

Keywords: Alkaline activation, slag-portland-cement, hydration.

Розширення галузей застосування будівель-них композитів (при одночасному зростанні вимог споживачів щодо їхньої якості) сприяє створенню широкої гами бетонів зі спеціальними властивос-тями, в тому числі високоміцних, дорожніх, деко-ративних, жаростійких, корозійностійких тощо, які можуть бути використані замість дефіцитних керамічних, металевих, кам’яних та інших матері-алів. Надійність будівельних композиційних ма-теріалів обумовлюється як правильним вибором вихідних компонентів, так і раціональною техно-логією виготовлення, що забезпечує не тільки збереження властивостей компонентів, а й утво-рення нових властивостей, зумовлених проявом синергетичного ефекту. Різноманітність матеріа-лів, з яких виготовлено матриці та наповнювачі, та схем армування відкриває можливості спрямовано регулювати структуру матеріалу, надавати йому потрібних експлуатаційних та спеціальних влас-тивостей [1].

Відомо, що дорожній бетон має відрізнятися від звичайного високою міцністю на розтяг та стиск, підвищеними морозостійкістю, зносостійкі-стю та корозійною стійкістю. Вимоги до дорож-нього бетону визначаються складними умовами його експлуатації, у тому числі наявністю статич-них та динамічних навантажень, впливом змін вологості та температури. Залежно від призначен-ня дорожній бетон поділяють на бетон для одно-та двошарових покриттів, а також для основ удо-сконалених покриттів. Як дорожні використову-ються бетони класів В5...В40 (за міцністю на стиск), для яких границя міцності на згин стано-вить від 1,5 до 5,5 МПа. Бетон одношарового та верхнього шару двошарового покриттів повинен мати відповідну морозостійкість: F200 – для суво-рого, F150 – помірного та F100 – м’якого клімату. Для одно - та двошарових покриттів доріг рекоме-ндовано застосовувати портландцементи М500 (на основі клінкеру з нормованим мінералогічним складом за ГОСТ 10178), а для основ вдосконале-них покриттів – портландцементи та шлакопорт-ландцементи марок не менше М300 та М400.

Для підвищення якості бетонної суміші та стійкості бетону проти спільної агресивної дії розчинів хлористих солей та морозу до складу бетонної суміші під час приготування додають комплексні добавки поліфункціональної дії. Ви-користання модифікаційних добавок – один із шляхів вирішення питання направленого структу-роутворення штучного каменю. Серед хімічних способів активації шлакопортландцементу особ-ливу увагу привертають методи лужної активації, які дозволяють не тільки перейти на технологію сумісного помелу всіх компонентів в’яжучої ре-човини та покращити кінетику нарощування міц-ності, але й позитивно впливають на формування спеціальних властивостей отриманого штучного каменю [2, 3]. З іншого боку, постає питання сумі-сності добавок між собою, яке пов’язане зі ство-ренням оптимальних умов для формування міцно-сті штучного каменю. Оптимальне поєднання до-бавок-модифікаторів, а, за необхідності, сполу-чення з ними в невеликих кількостях інших орга-нічних і мінеральних матеріалів, дозволяє керува-ти реологічними властивостями бетонних сумі-шей і модифікувати структуру цементного каме-ню на мікрорівні у напрямку надання бетонам властивостей, шо забезпечать високу експлуата-ційну надійність та довговічність матеріалів [4].

Метою роботи Є дослідження процесів структуроутворення шлакопортландцементних в’яжучих систем, модифікованих комплексними добавками, виготовлених за технологією сумісно-го помелу всіх компонентів в’яжучої речовини та наступного їх замішування водою з подальшим отриманням довговічних бетонів, що вирізняють-ся прискореною швидкістю набору міцності та високими експлуатаційними характеристиками, для встановлення можливості їхнього застосу-вання для отримання дорожніх матеріалів.

Як сировинні матеріали було використано шлако-клінкерні суміші (вміст шлаку 60%), мо-дифіковані комплексом добавок (гідрофобізатор –


Прискорювач - сповільнювач - водоредукційна добавка) і виготовлені за технологією сумісного помелу всіх компонентів в’яжучої речовини, що передбачає сумісний помел портландцементного клінкеру, шлаку та вищевказаних добавок з пода­льшим їх замішуванням водою. Підібраний ком­плекс добавок функціонує таким чином: гідрофо-бізатор забезпечує збереження властивостей до­сліджуваної композиції з плином часу; лужний компонент прискорює процеси гідратації; упові­льнююча добавка не тільки регулює швидкість процесу гідратації, але й позитивно впливає на реологічні характеристики цементної суміші, розширює строки тужавлення та сприяє більш які - сному формуванню структури штучного каменю; водоредукційна добавка поліпшує технологічні та експлуатаційні характеристики цементно-піщаного розчину, а у подальшому - бетонної су­міші.

Для визначення оптимального складу бетону на основі модифікованих шлакопортландцемент-них в’яжучих речовин попередньо було проведено дослідження із встановлення марки розроблених в’яжучих речовин згідно з ГОСТ 310.4

Аналізуючи отримані дані, можна констату­вати, що найвищі показники міцності при стиску та згині на всіх етапах твердіння мають зразки, які мають у своєму складі одночасно метасилікат на­трію та сповільнюючу або водоредукційну добав­ки, причому не тільки у віці 28 діб, але й на поча­ткових етапах тверднення 2...7 діб. Після 28 діб тверднення міцність шлакопортландцементних композицій, модифікованих метасилікатом натрію та щавлевою кислотою становить 52,7 МПа, а при використанні метасилікату натрію у комплексі з водоредукційною добавкою міцність зростає до 60,4 МПа (рис. 1 на 4 стор. обкладинки). Розроб­лені в’яжучі системи характеризуються такими строками тужавлення: початок тужавлення настає не раніше 95 хв, кінець - не пізніше 10 год.

Фазовий склад новоутворень досліджених шлакопортландцементних в’яжучих систем пред­ставлений переважно низькоосновними гідросилі­катами кальцію (CSH (В), тоберморитом афвілі-том, піктолітом, скоутитом) та рентгеноаморфни-ми гідроалюмосилікатними фазами. Встановлено, що активація шлакопортландце-менту лужною складовою та сповільнюючою добавкою забезпе­чує зниження основності утворених продуктів гі­дратації (CaO/SiO2) до 1,13 ..1,25 (рис. 2 в), тоді як для композицій без щавлевої кислоти це відно­шення лежить в межах 1,3 .1,63 (рис. 2 б), а для шлакопортландцементу без добавок становить 2,1...2,5 (рис. 2 а).

При застосуванні комплексу добавок (луж­ний компонент, сповільнювач та водоредукційна добавка) відбувається зниження основності про що свідчить зменшення величини відношення CaO/SiO2 до 1,1. .1,2, тоді як без сповільнювача (щавлевої кислоти) це відношення лежить в межах 118...1,3 (рис. 2г) image060

Рис. 2. Електронно-мікроскопічні фотографії поверхні сколу цементного каменю на основі шлакопортландцементної композиції, що міс-тить 60% шлаку, Без добавок (а) Та з добавка-ми: Метасилікату натрію (б); метасилікату натрію і щавлевої кислоти (в); метасилікату Натрію і “Melflux” (г) Після твердіння в нор-мальних умовах протягом 28 діб



Таким чином, в результаті проведених до-сліджень встановлено, що формування низько-основних гідросилікатів кальцію та рентгеноа-морфних гідроалюмосилікатних фаз у складі продуктів гідратації цементного каменю позити-вно впливає на фізико-механічні показники отриманих в’яжучих композицій на основі луж-ного шлакопортландцементу, модифікованого комплексними добавками.

Проведений підбір складу бетону показав ефективність використання водоредукційної до-бавки разом з метасилікатом натрію для модифі-кації шлакопортландцементних в’яжучих компо-зицій зі значним вмістом відходів металургійної промисловості (доменного гранульованого шла-ку). Також доведено, що для активації шлаку до-цільно використовувати комплексну добавку, яка складається з лужного компонента – метасиліка-ту натрію та сповільнювача – щавлевої кислоти. Найкращі показники міцності притаманні бето-нам на основі шлакопортландцементів, модифі-кованих комплексною добавкою, до складу якої входять лужний компонент, сповільнююча та водоредукційна добавки. Введення розробленої добавки дозволяє підвищити міцність штучного каменю в ранні строки тверднення (3 доби) на 57%, а в більш пізні (28 та 90 діб) – на 53% та 36% відповідно. Вибір добавки для модифікації шлакопортландцементних композицій обумов-люється як кінетикою нарощування міцності бе-тонів на основі запропонованих в’яжучих речо-вин, так і ринковою ціною на складові компонен-ти комплексної добавки. Отримані результати досліджень фізичних властивостей розроблених бетонів дозволяють відзначити позитивний вплив модифікації шлакопортландцементних в’яжучих композицій комплексною добавкою: пористість бетонів становить 4,3...4,45%, а водопоглинання лежить в межах 3,6...3,9%. Отже, введення ком-плексних добавок до складу шлакопортландце-ментних в’яжучих систем впливає на ступінь ущільнення макроструктури бетонної суміші за рахунок зміни як складу, так і структури продук-тів гідратації в’яжучих систем, знижуючи тим самим кількість макропор та обумовлюючи фор-мування щільної однорідної структури штучного каменю.

Довговічність розроблених шлакопорт-ландцементних в’яжучих систем залежить від фазового складу продуктів гідратації, який є го-ловним фактором при формуванні щільної та мі-цної структури, що відзначається низьким ступе-нем дифузії іонів та катіонів корозійного середо-вища.

Як агресивні середовища (для оцінки коро-зійної стійкості бетонів) були вибрані 5%-й роз-чин сульфату натрію та 1%-й розчин сульфату

Магнію з урахуванням можливих умов експлуа-тації розроблених складів бетонів. Оцінка коро-зійної стійкості бетону була виконана згідно з методикою [5]. Зміну коефіцієнтів стійкості до-сліджених зразків після витримування в агресив-них середовищах протягом 126 та 180 діб пока-зано на рис. 3 на 4 стор. обкладинки.

Аналіз отриманих результатів дозволяє за-значити, що в розчинах сульфату магнію значен-ня коефіцієнтів корозійної стійкості бетонів на основі швидкотверднучих лужних шлакопортла-ндцементів Кс1126 зростає на 189…200%, Кс1180 – на 195…207% (порівняно з портландцементом) та на 142…150%, 150…156% (порівняно з шла-копортландцементною системою без добавок). В розчинах сульфату натрію цей показник підви-щується на 175…185%, 182…192% (порівняно з портландцементом), а порівняно з бездобавковим шлакопортландцементом – на 135…142% та на 142…150%. Така ж тенденція спостерігається для коефіцієнтів Кс2126, Кс2180, які в розчині сульфату магнію для модифікованих систем зростають на 183…189% (порівняно з портландцементом) та на 132…140% (порівняно з шлакопортландцеме-нтом). В розчині сульфату натрію їхнє значення порівняно з портландцементними системами збі-льшується на 170…200%, а порівняно з бездоба-вковими шлакопортландцементними – на 124…143%. Запропоновані бетони на основі шлакопортландцементу, модифікованого ком-плексними добавками, за показниками коефіціє-нта корозійної стійкості (Кс= 1,65…1,9) не по-ступаються шлаколужним в’яжучим речовинам (Кс= 0,91…1,4) [6] та сульфатостійким цементам (Кс=.0,78…1,22) [7].

Модифікація бетонів на основі шлакопорт-ландцементних в’яжучих композицій комплекс-ними добавками сприяє формуванню більш щільної та однорідної структури штучного ка-меню, про що свідчить зниження показників стираності бетонів на основі модифікованих си-стем на 20…25% порівняно з бездобавковими композициями.

Відомо, що в’яжучі речовини зі значним вмістом шлаку (понад 50%) характеризуються невисокою морозостійкістю. Враховуючи досить високу швидкість набору міцності розроблених складів бетонів, попередні дослідження було ви-конано на зразках, отриманих на основі шлако-портландцементних в’яжучих композицій, моди-фікованих комплексними добавками, після збері-гання в нормальних умовах протягом 28 діб (за ДСТУ Б В.2.7-49-96).

За вимогами нормативних документів, втрата міцності зразків, що витримали


Згідно з отриманими даними розроблені бе-тони на основі модифікованих шлакопортланд-цементних в’яжучих речовин витримали 150 ци-клів навперемінного заморожування та відтаван-ня, причому втрат маси та зниження характерис-тик міцності у бетонів не спостерігалось, що від-повідає вимогам діючих нормативних докумен-тів.

Слід відзначити оптимістичний прогноз щодо морозостійкості бетону, модифікованого щавлевою кислотою або добавкою метасилікату натрію + “Melflux”: міцність після 150 циклів навперемінного заморожування-відтавання зрос-тає на 2,94% та 4,25%, а після 100 циклів – на 2,78% та 3,24% відповідно, тоді як міцнісні пока-зники бетонів без вищевказаних добавок знижу-ються на 1,14% після 100 циклів та на 0,65% піс-ля 150 циклів (склади № 1, 2), а бетонів, модифі-кованих метасилікатом натрію, залишаються стабільними і лежать в межах 47 МПа (+0,5...+1,1%). Приріст міцності основних зразків після 150 циклів свідчить про продовження про-цесів структуроутворення у штучному камені та можливість отримання бетонів з більш високою морозостійкістю (F300 і вище).

Аналіз наведених даних щодо кінетики на-бору міцності та характеристик зносо-, морозо-та корозійної стійкості свідчить про можливість отримання довговічних бетонів на основі запро-понованих шлакопортландцементних в’яжучих систем, модифікованих комплексними добавка-ми.

Розроблені склади бетонів на основі лужно-го шлакопортландцементу можуть бути рекоме-ндовані до використання при виготовленні дов-говічних дорожніх бетонів та при влаштуванні одно - та двошарових покриттів доріг, для основ вдосконалених покриттів високої якості, оскіль-ки вони мають ряд переваг, у тому числі підви-щені морозо - (марка F150), зносо- (стираність 0,33 г/см2) та корозійну стійкість (Кс=1,65÷1,9), порівняно з дорожнім покриттям як з асфальто-бетону, так і з традиційного шлакопортландце-менту, який характеризується значно нижчими експлуатаційними характеристиками (марка за морозостійкістю F150, стираність 0,33 г/см2, ко-ефіцієнт корозійної стійкості Кс=0,95÷1,05).

Висновки

1. Доведено ефективність лужної активації шлакопортландцементних в’яжучих композицій комплексними добавками, що містять лужний компонент. Розроблені склади модифікованих шлакопортландцементних в’яжучих композицій мають марку 500 в разі використання комплекс-ної добавки, до складу якої входять метасилікат натрію і сповільнювач, та марку 600 при застосу-ванні метасилікату натрію у комплексі з водоре-дукційною добавкою, тоді як система на основі шлакопортландцементу має марку 300 (міцність на 28 добу становить відповідно 34,5 МПа).

2. Розкрито взаємозв’язок між механізмом синтезу міцності лужного шлакопортландцемен-тного каменю та фазовим складом новоутворень, що представлений переважно низькоосновними гідросилікатами кальцію та рентгеноаморфною фазою гідроалюмосилікатного складу, яка з ча-сом сприяє зв’язуванню лугів у нерозчинні спо-луки. Доведено зниження основності продуктів гідратації (CaO/SiO2) від 2,1...2,5 (для вихідного шлакопортандцементу) до 1,1...1,2 (для в’яжучих систем, модифікованих комплексною добавкою).

3. Запроектовано склад бетонних сумішей на базі модифікованого шлакопортландцементу з підвищеним вмістом шлаку (до 60%), що забез-печує отримання бетонів з поліпшеними експлу-атаційними характеристиками класу В40 та В45, пористість яких не перевищує 5%, а водопогли-нання не більше 4%.

Література

1. Кривенко П. В., Пушкарьова К. К., Барановський В. Б., Кочевих М. О, Гасан Ю. Г., Конс-
тантиновський Б. Я., Ракша В. О. Будівельне матеріалознавство. - К.: ТОВ УВПК «ЕксОб», 2006.

- 704 с.

2. Кривенко П. В. Специальные шлакощело-чные цементы. - К.: Будівельник, 1992. - 192 с.

3. Батраков В. Г. Модифицированные бето-ны. Теория и практика. - М. 1998. - 768 с.

4. Пушкарьова К. К. Особливості регулювання властивостей лужних шлакопортландцементів / Пушкарьова К. К., Гончар О. А., Бондаренко О. П. // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури “Сучасне промислове та цивільне будівництво”. - Макіївка, 2007.

- Т. 3, № 2. - С. 95-102.

5. Лещинский М. Ю. Испытания бетона / Лещинский М. Ю. - М.: Стройиздат, 1980. - 360 с.

6. Аллилуева Е. И. Освоен выпуск специа-льных цементов / Е. И. Аллилуева // Цемент и его применение. - 2003. - №2. С. 41-43.

7. Кривенко П. В. Специальные шлакоще-лочные цементы. - К.: Будівельник, 1992. - 192 с.

В..В._Павлюк,_к. т.н.; Л..В._Терещенко; К..В..Бондар, КНУБА, Київ

Похожие статьи