Использование минеральных добавок в технологии монолитного бетона и производстве сборного железобетона И. В. Коваль, канд техн наук, заместитель генерального директора по науке «Полипласт Северо-запад»

Использование минеральных добавок в технологии монолитного бетона и производстве сборного железобетона

И.В. КОВАЛЬ, канд. техн. наук, заместитель генерального директора по науке «Полипласт Северо-запад», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация;
Н.Н. КАЛИНОВСКАЯ, канд. техн. наук, доцент БНТУ г. Минск, Республика Беларусь;
Аль-Мусави Кадим Салех, аспирант БНТУ г. Минск, Республика Беларусь.
Ключевые слова: применение минеральных добавок, производство бетонов и растворов, изменение свойств бетона, отходы техногенного происхождения, пластификаторы, водоредуцирование, цементное тесто, железобетон, монолитный бетон
Keywords: application of mineral additives, production of concrete and mortars, change of concrete properties, waste of technogenic origin, plasticizers, water reduction, cement dough, reinforced concrete, monolithic concrete
Минеральные добавки активно используются в технологии производства бетонов во всем мире. Привлекательность минеральных добавок связана с возможностью утилизации отходов техногенного происхождения, а также со снижением себестоимости бетонов или получением уникальных технологических и физико-механических характеристик. Влияние минеральных добавок на свойства бетона рассматривается авторами в данной статье.
Mineral additives are widely used in concrete production technology all over the world. The attractiveness of mineral additives is associated with the possibility of recycling waste of technogenic origin, as well as with reducing the cost of concrete or obtaining unique technological and physical and mechanical characteristics. The influence of mineral additives on the properties of concrete is considered by the authors in this article.


Портландцемент

Шлак доменный молотый

Доломитовая мука

Микрокремнезем МКУ-85

Зола-уноса

Микрокремнезем МКУ-95

Зола рефтинская

Минеральный порошок
Рис. 1. Минеральные добавки в бетоны и растворы
Появление химических пластификаторов на поликарбоксилатной основе с 30…40% эффектом водоредуцирования позволило усилить действие ряда минеральных добавок в бетонах. Заметно это усиление проявилось при использовании минеральных добавок с удельной поверхностью, определяемой по методике ГОСТ 310.3-76 [1], более высокой, чем в массовых товарных цементах с Sуд.=3000….4000см2/г (по Блейну).
Активные минеральные добавки (АМД) с высокой удельной поверхностью по ГОСТ Р 56592-2015 [2]:
• микрокременезем типа МКУ-65, МКУ-85, МКУ-95;
• метакаолин;
• шлак доменный молотый;
• зола-уноса.
АМД поставляются с величиной удельной поверхности для шлака Sуд.=5000 см2/г (по Блейну), для МКУ-85…МКУ-95, уплотненных в среднем 15000…20000 см2/г, для золы-уноса (кремневая или кальциевая) в зависимости от вида – 3000…4200 см2/г.
Также на рынке РФ присутствуют неактивные минеральные добавки (ИМД) по терминологии ГОСТ Р56592. Важная особенность ИМД – «инертность», т.е. отсутст­вие активности в нормальных условиях. Среди применяемых инертных ИМД:
• молотый известняк;
• доломит с различной степенью помола;
• минеральный порошок марки МП с Sуд.=11000 см2/г;
• гранитная мука;
• молотый песок;
• некоторые виды зол (золы отвалов ТЭЦ), не обладающие гидравлической активностью.
На рис. 1 показаны используемые в производстве бетонов и растворов минеральные добавки типов АМД и ИМД.
Величина удельной поверхности ИМД широко варьируется и может составлять от 300 до 11 000 см/г.
Удельная поверхность материала, как правило, связана с коэффициентом нормальной густоты смешанного минерального вяжущего и обозначается Кнгм с определением на цементном тесте на приборе Вика [1].
При введении в минеральное вяжущее (цемент + минеральная добавка) АМД или ИМД со значением Sуд меньше удельной поверхности цемента, коэффициент нормальной густоты модифицированного теста Кнгм будет снижаться. Увеличение значения удельной поверхности минеральной добавки приведет к повышению значения Кнгм.
Эффект заметно проявляется при использовании микрокременезема с высокой удельной поверхностью и почти не фиксируется на молотом шлаке и золе-уноса при значениях их удельной поверхности близких к характеристикам используемого цемента.
Увеличение Кнгм влияет на рост величины В/Ц в составе бетона со всеми «вытекающими негативными последствиями» для физико-механических характеристик бетона. В этой связи использование суперпластификаторов в технологии бетонов для «борьбы» с увеличением В/Вяж – первый фактор применения минеральной добавки.
Второй фактор – изменение активности смешанного вяжущего Ra в зависимости от используемой минеральной добавки АМД или ИМД.
Для качественного определения влияния фактора проводят экспериментальную оценку активности смешанного вяжущего или Raм на цементно-песчаных балках на Вольском песке по методикам ГОСТ 310.4-81 [3] в проектном возрасте или ГОСТ 30744-2001 [4] на полифракционном песке.
Общее правило простое – инертные МД снижают активность смешанного вяжущего, а АМД – повышают или позволяют его сохранить на уровне примерно равной Ra исходного цемента.
Для оценки степени повышения или снижения активности вяжущего в методиках, приведенных в идентичном европейскому СТБ ЕN206-2016 [5] и ГОСТ Р57345-2016/EN206-1:2003 [6], используется показатель индекса активности К.
В упрощенном виде, например введение 20 кг/м3 микрокремнезема (индекс активности К=2) эквивалентно при равной активности получаемого вяжущего – снижению 40 кг/м3 цемента и наоборот. В то же время введение вместо цемента, например 60 кг/м3 шлака молотого при его индексе активности К=0,8 равносильно снижению содержания цемента в составе с 60 до 48 кг/м3.
Таким образом, влияние на водопотребность смешанного вяжущего и изменение активности полученной матрицы – базовые факторы, определяющие использование минеральных добавок при проектировании композиций бетонов.
В рамках статьи не будем рассматривать вопрос снижения или сохранения расчетного В/Вяж. Это в целом решается усилением водоредуцирования за счет современных суперпластификаторов путем увеличения их дозировок от массы вяжущего.
Важный вопрос, сколько использовать количественно минеральной добавки без существенных потерь физико-механических характеристик?