Эксперименты по применению золя кремнезема в сочетании с сильнодействующим суперпластификатором показали новые возможности повышения прочности тяжелого бетона.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Бхатнагара А.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #7/2014
В.Потапов, Ю.Ефименко, Н.Михайлова, А.Кашутин, Д.Горев
Применение нанокремнезема для повышения прочности бетона
Просмотры: 5494
Эксперименты по применению золя кремнезема в сочетании с сильнодействующим суперпластификатором показали новые возможности повышения прочности тяжелого бетона.
Опыт успешного внедрения наноматериалов в производство электронных приборов, биохимических сенсоров и биотехнологических систем, медицинских препаратов, катализаторов, полимеров, керамики позволяет рассчитывать на их успешное использование и в строительной индустрии. В частности, известны результаты направленного улучшения характеристик бетонов с помощью наночастиц различного химического состава (TiO2, Fe2O3, CuO и др.). Одно из перспективных направлений повышения прочности при сжатии тяжелых бетонов – ввод в их состав наночастиц кремнезема SiO2, извлеченных из гидротермальных растворов. Для исследования этой проб­лемы авторами статьи был получен золь кремнезема и выполнен ряд экспериментов на равноподвижных смесях тяжелых бетонов с обеспечением одинакового водоцементного отношения В/Ц.

Получение золя кремнезема

Водную среду, содержащую ортокремниевую кислоту H4SiO4 с концентрацией 600–800 мг/дм3, направляли из сепараторов геотермальной электрической станции в железобетонный резервуар (охладитель), где при 63°С проводили поликонденсацию H4SiO4 с образованием частиц кремнезема. После охладителя сепарат подавали в баромембранную установку для концентрирования и получения стабильного водного золя кремнезема. Исходный сепарат имел следующие характеристики:

•солесодержание – 702 мг/дм3;
•pH = 9,73;
•общее содержание SiO2 Сt = 716 мг/дм3;
•концентрация растворенной кремнекислоты Сs = 160 мг/дм3.
Перепад давления на мембранном слое составлял 0,14 МПа, расход проходящего через установку раствора – 1,2 м3/ч. На первой стадии концентрирования получался золь кремнезема плотностью 1015–1022 г/дм3 с Сt = 28–40 г/дм3. На второй стадии плотность золя повышалась до 1070 г/дм3, а Сt – до 115 г/дм3.

Состав бетонной смеси

Характеристики использовавшегося золя кремнезема приведены в табл. 1.

В качестве вяжущего применялся портландцемент (ПЦ) южно-корейского производства класса 42,5R, соответствующий стандартам России для обычных портландцементов. По ГОСТ 31108-2003 он классифицируется как тип ЦЕМ-I на основе клинкера с содержанием С3S = 55–58%, С3А = 8,2–8,5% и обычными химико-минералогическими показателями качества (коэффициент насыщения известью КН = 90–91%, глиноземный модуль p = 1,7, силикатный модуль n = 2,3). Физико-механические характеристики (марка, остаток на сите № 008, сроки схватывания, предел прочности при сжатии) находятся в пределах требований стандарта к быстротвердеющему портландцементу марки ПЦ 500-Д0 класса 42,5Б.

Заполнителями служили диоритовый щебень фракции от 5 до 20 мм по ГОСТ 8267 (насыпная плотность 1300 кг/м3, истинная плотность 2,73 г/ см3) и кварц-полевошпатовый песок по ГОСТ 8736 (Мкр = 3,4 и 2,9, истинная плотность 2,62 г/см3) в смеси со стандартным кварцевым монофракцион­ным песком.

Добавка – суперпластификатор из серии высокоэффективных по водоредуцирующей способности поликарбоксилатов (ПКК). Плотность водного раствора ПКК составляла 1082 г/дм3, содержание сухого вещества – 412 мг/г.

Методика исследований

Эффективность действия добавки золя кремнезема определяли по прочности бетонов с В/Ц = 0,61–0,71, осадкой стандартного конуса ОК = 12–19 см, содержанием SiO2 = 2,0% от массы цемента и добавки ПКК = 2,2–2,6 % от массы цемента.

Испытания бетона проведены по ГОСТ 30459-2003 п.7. Расход материалов, кг/м3:

•цемент (ПЦ 550) – 345±5;
•кварц-полевошпатовый песок – 400;
•стандартный кварцевый песок – 400;
•щебень – 1060.
Дозировку золя рассчитывали с учетом того, что в замес объемом 10 л кроме щебня и песка входит 3500 г цемента и 2250 г воды.

Объем золя рассчитывался по формуле:

, (1)

где: Ц – расход цемента, г; SiO2 – концентрация кремнезема, %; Кз – содержание SiO2 в золе, г/дм3.

Таким образом, объем золя в расчете на 10 л замеса составляет:



Такой объем золя содержит:

0,609 [дм3] ×115 [г/дм3] = 70 г SiO2.

Равноподвижность бетонных смесей обеспечивали с помощью соответствующей дозировки ПКК.

Определение технологических и строительно-технических показателей качества смесей и бетона производилось по методикам следующих стандартов:

•подвижность, плотность бетонной смеси – ГОСТ 10181;
•плотность бетона – ГОСТ 12730.0;
•прочность бетона при сжатии в возрасте 1 сут., 2 сут. и 28 сут. нормального хранения и после тепловлажностной обработки (ТВО) – ГОСТ 10180.
Критерии эффективности рассчитывали по формуле 2 ГОСТ 30459-2003:

, (2)

где: Rtосн – прочность бетона основного состава в эквивалентном возрасте, МПа; Rtконтр – прочность бетона контрольного состава в эквивалентном возрасте, МПа.

Результаты испытаний бетонов с добавкой золя кремнезема в сочетании с ПКК представлены в табл.2.

Оценка эффективности добавки

Как показано на графике, несмотря на большее значении В/Ц, прочность состава с добавкой золя кремнезема существенно выше, чем у контрольного с меньшим В/Ц.

Из табл.2 видно, что добавка золя в сочетании с ПКК существенно повышает прочность бетона во все периоды и при всех режимах твердения. Например, эффективность по прочности после твердения в течение 28 суток составила 37–40% по сравнению с бездобавочными составами, тогда как в начальные периоды твердения (1 сутки) этот показатель достигает 90–128%. Это можно связать с предположительно очень высокой пуццоланической активностью золя нанокремнезема в цементном материале, вероят­но, в разы превышающей этот показатель для микрокремнезема [7].

Также можно сделать следующие выводы:

Повышенные значения «ранней» прочности бетона R1/R28 при нормальном твердении тоже свидетельствует об упрочняющем действии золя.

Прочность после ТВО согласуется с данными ДальНИИС [6], хотя золь в этих экспериментах не проявил ожидаемой способности к термоактивации.

Значения плотности бетонных смесей согласуются с данными НИИЖБ [5] для бетонов подобного состава с осадкой конуса более 8 см.

Прочность в период 28 суток для бездобавочных бетонов (№ 66 и № 69) согласуется с законом В/Ц для бетонов нормального твердения и после пропаривания [5]. При этом прочность бетона с добавкой золя (№ 67) существенно выше, чем у контрольного с меньшим В/Ц (№ 66).

Достигнутые показатели критериев эффективности в 2–3 раза превосходят максимально требуемые значения этого показателя по стандарту ГОСТ 24211-2008 для всех режимов испытаний (1 сутки, 28 суток нормального твердения и 1 сутки после ТВО).

Таким образом, добавка золя кремнезема при дозировке 2% от массы цемента в сочетании с суперпластифицирующей добавкой ППК для бетонов с осадкой конуса 10–18 см (В/Ц = 0,61–0,71) по критериям эффективности соответствует согласно ГОСТ 24211-2008 двум основным классам:

•ускоритель твердения;
•добавка, повышающая прочность.
Высокие значения критериев эффективности в период 1 сут. (в т.ч. при ТВО) позволяет использовать такую добавку для получения бетонов с немедленной распалубкой.

Литература

1.Потапов В.В., Шитиков Е.С., Трутнев Н.С., Горбач В.А., Портнягин Н.Н. Влияние наночастиц кремнезема на прочностные характеристики цементных образцов. – Физика и химия стекла, 2011, т. 37, № 1, с. 641–652.
2.Лесовик В.С., Потапов В.В., Алфимова Н.И., Ивашова О.В. Повышение эффективности вяжущих за счет использования наномодификаторов. – Строительные материалы, 2011, № 6, с. 12–18.
3.Потапов В.В., Туманов А.В., Закуражнов М.С., Сердан А.А., Кашутин А.Н., Шалаев К.С. Повышение прочности бетона за счет ввода наночастиц SiO2. – Физика и химия стекла, 2013, т. 39, № 4, с. 611–617.
4.Потапов В.В., Туманов А.В., Горбач В.А., Кашутин А.Н., Шалаев К.С. Получение комплексной добавки для повышения прочности бетона на основе нанодисперсного диоксида кремния гидротермальных растворов. – Химическая технология, 2013, № 7, с. 394–401.
5.Рекомендации по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006-86) / Госстрой СССР, М.: ЦИТПГС СССР, 72 с.
6.Ефименко Ю.В. Об отпускной прочности бетона тепловлажностного твердения. – Вестник отделения строительных наук РААСН, № 10, Владивосток 2006, 275 с., с. 129–133.
7.Ефименко Ю.В. и др. Структура и свойства мелкозернистого керамзитобетона в присутствии микрокремнезема. – Бетон и ж/б – пути развития. Научные труды,вторая всероссийская (международная) конференция по бетону и железобетону (5–9 сент. 2005 г.), т. 4, М: Дипак 2005, 728 с., с. 61–67.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art