ДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ДОБАВОК
Технология бетона и железобетона в настоящее время немыслима без применения различных добавок (минеральных, электролитов, органических, комплексных), изменяющих свойства бетонных смесей и затвердевшего бетона. Получение бетонов и строительных растворов с необходимыми технологическими свойствами значительно упрощается при использовании соответствующих добавок. В то же время, максимальный эффект может быть реализован только при условии осмысленного применения добавок, достаточной ясности в физической сущности действия конкретной добавки на гидратацию и твердение цементного камня и бетонов.
В технологии бетона широко используют минеральные модификаторы для повышения удобоукладываемости, связности, водоудерживающей способности, однородности бетонных смесей, улучшения физико-технических свойств материала (плотности, прочности, долговечности), а также по экономическим соображениям (возможности снижения расхода дорогостоящего цемента, создания безотходной технологии строительных материалов). Добавки получают путем помола природных (осадочных и изверженных) горных пород (диатомиты, трепелы, опоки, пеплы, туфы, пемзы) и искусственных материалов (доменные шлаки, кислые золы уноса, обожженные глины, кремнеземистые отходы), а также используют некоторые тонкодисперсные отходы, содержащие в своем составе активный кремнезем.
|
|
К сожалению, до сих пор отсутствует научно обоснованное оперирование тонкодисперсными минеральными добавками. В основе технологических рекомендаций лежат, как правило, экспериментальные результаты, касающиеся определенной добавки и конкретных производственных условий. Обобщенных данных и нормативов нет. Положение осложняется тем, что минеральные добавки – это самые разнообразные материалы, отличающиеся химико-минералогическим, вещественным составами, соответственно, химической активностью по отношению к продуктам гидратации цемента (преимущественно, к извести), дисперсностью частиц и др. Это обстоятельство затрудняет разработку универсальных технологических нормативных материалов. В то же время, некоторые аспекты проблемы могут быть уточнены с позиций модели цементного камня как микробетона, формирующегося и приобретающего необходимые структуру и свойства в результате поверхностных гидратационных взаимодействий.
Обычно минеральные добавки делят на два вида – активные и инертные (наполнители). Активные минеральные добавки, как известно, имеют в своем составе аморфный кремнезем, который взаимодействует со свободной и выделяющейся при гидратации цемента известью с образованием дополнительного количества цементирующего продукта – низкоосновных гидросиликатов кальция, что положительно сказывается на свойствах цементного камня и бетона. Однако этот эффект проявляется на достаточно поздних стадиях твердения, ввиду растянутости во времени химического взаимодействия реагентов. Поэтому на начальном этапе (например, в месячном возрасте) введение активной минеральной добавки приводит, как правило, к снижению прочностных показателей бетона, причем снижение прочности находится, практически, в прямой зависимости от количества введенной добавки (рис.4.3).
|
|
Инертные добавки (наполнители или разжижители цемента) лишены указанной химической активности (при обычных условиях твердения), поскольку состоят либо из основных горных пород (известняки, доломиты), либо из кристаллического кремнезема (молотого кварцевого песка), в связи с чем их эффективность, как правило, много ниже активных минеральных добавок. В то же время, в ряде экспериментов химически инертные продукты не только не уступают, а значительно превышают по достигаемому результату активные минеральные добавки. При этом решающее значение приобретает размер, дисперсность частиц добавки.
Рис.4.3. Влияние расхода молотого шлака на прочность
бетона (новороссийский ПЦ600-Д0)
Известны примеры использования в качестве добавки бентонитовых глин, позволяющих существенно повысить прочность, плотность и водонепроницаемость бетонов. Для обеспечения максимальных результатов необходимо равномерное распределение частиц добавки в объеме бетона, что достигается тщательным смешиванием компонентов смеси. Механизм действия таких добавок достаточно очевиден – повышение плотности микробетона за счет заполнения его межзерновой пустотности высокодисперсными частицами добавки. Образно говоря, высокодисперсный минеральный компонент в данном случае – «мелкий заполнитель» микробетона, обеспечивающий повышение его плотности и прочности. Размер частиц минеральной добавки при этом должен быть соизмерим с размерами межзерновых пустот микробетона, а это, как минимум, на порядок меньше среднего размера клинкерных зерен.
В обычном бетоне мелкий заполнитель (песок) применяют для повышения межзерновой плотности. При недостатке или избытке песка свойства бетона (плотность, прочность, долговечность) снижаются. Нечто подобное и в данном случае. Количество минерального модификатора должно соответствовать объему межзерновых пустот микробетона (с учетом стяжения системы за счет самоуплотения частиц вяжущего), а это не менее 20…30 % объема, занимаемого портландцементом. Следовательно, «при введении в бетон тонкодисперсных гидравлических добавок наибольший эффект будет получен при условии, когда содержание добавки соответствует объему межзерновых пустот цемента.