Влияние некоторых минеральных добавок на параметры прочности при сжатии мелкозернистого бетона

Вусловия современного строительства, характеризующегося высокой конкуренцией и актуальностью экологических вопросов, поиск эффективных решений для оптимизации составов строительных материалов становится всё более важным [1]. Мелкозернистый бетон (МЗБ), применяемый во множестве строительных объектов, требует постоянного улучшения своих прочностных характеристик [2]. Одним из перспективных направлений совершенствования бетона является использование минеральных добавок (МД), производимых на основе техногенных отходов [3]. Новизна научного данного исследования заключается в применении комплексной минеральной добавки на основе вторичного техногенного сырья.

В данной статье представлены результаты исследования влияния на показатель прочности при сжатии некоторых видов минеральных добавок на основе вторичного техногенного сырья в составе комплексной минеральной добавки (КМД) при производстве мелкозернистого бетона. В качестве КМД применен шлам (Ш) химводоочистки ТЭЦ-2 города Ростова-на-Дону в сочетании с МД, а именно либо с золой уноса (З) ПАО ОГК-2 Новочеркасская ГРЭС, либо с опокой (О), либо с горелой породой (ГП). Соотношение Ш/МД изменялось от 20% / 80% до 80% / 20%. Исследования проводились в два этапа: в первом блоке исследований соотношение состава МЗБ по массе принят 40% цемент + минеральная добавка и 60% песок с не постоянной величиной водоцементного соотношения; во втором блоке исследований состав мелкозернистого бетона по массе принят: 40% цемента и 60% песок минеральная добавка, величина водоцементного соотношения являлась постоянной [4].

На рис. 1. показано влияние вида МД в составе КМД на изменение предела прочности при сжатии МЗБ первой серии экспериментов до 120 сут, при этом до 28 сут образцы выдерживались в нормальных условиях, далее в воздушно-сухих условиях.

Рисунок 1. Влияние вида МД в составе КМД на изменение предела прочности при сжатии во времени (первая серия) О, ГП, З – опока, горелая порода, зола уноса EN – по ф. (1), R – быстротвердеющий; S – медленнотвердеющий Изменение предела прочности при сжатии при нормальных условиях выдерживания определялся формулой EN 1992-1-1:,

в которой значение коэффициента k зависит от типа бетона по кинетике твердения, соответственно не более 0,25 – быстротвердеющие; не менее 0,44 – медленнотвердеющие [5].

Согласно EN 206.1 все бетоны по кинетике твердения делятся на четыре группы в зависимости от соотношения R2/R28:

− быстротвердеющие > 0,5;

− нормальнотвердеющие 0,3 – 0,5; − медленнотвердеющие 0,15 – 0,3; − очень медленнотвердеющие 0,4 и медленнотвердеющие R2/R28 не более 0,4. Исследованные составы МЗБ имеют значения показателя R2/R28 в диапазоне от 0,36 до 0,55, что определяется соотношением между шламом и МД в составе КМД, а также типом МД. По классификации EN эти составы относятся к быстро и нормально твердеющим, а по ГОСТ – к быстро и медленно твердеющим. У бездобавочного эталона показатель составляет R2/R28 = 0,55. Все образцы с комплексной минеральной добавкой имеют значение R2/R28 ниже эталона, что отчасти объясняется более высоким водоцементным соотношением в составах первой серии в сравнении с эталоном.

Для предварительной оценки влияния выдерживания в воздушно-сухих условиях были определены значения отношения прочностей R120, измеренной и расчетной, по ф.(1) с коэффициентом k равным 0,25 (max) и 0,44 (min). Результаты показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Влияние вида МД в составе КМД на снижение предела прочности МЗБ при сжатии при выдерживании в воздушно-сухих условиях (прогноз) В составах, содержащих опоку и золу, при различных соотношениях шлама и минеральной добавки наблюдается меньшее снижение предела прочности при сжатии после выдерживания в воздушно-сухих условиях. Это, безусловно, подтверждает целесообразность применения комплексной минеральной добавки, например, в штукатурных составах.

На рис. 3 показано влияние вида МД в составе КМД на изменение предела прочности при сжатии МЗБ второй серии экспериментов до 120 сут, при этом до 28 сут образцы выдерживались в нормальных условиях, далее в воздушно-сухих условиях.

Рисунок 3. Влияние вида МД в составе КМД на изменение предела прочности при сжатии во времени (вторая серия) О, ГП, З – опока, горелая порода, зола уноса EN – по ф.(1), R – быстротвердеющий; S – медленнотвердеющий Исследованные мелкозернистые бетоны имеют показатель R2/R28 в диапазоне от 0,49 до 0,67. Этот параметр зависит от соотношения шлама и минеральной добавки в составе комплексной минеральной добавки, а также от типа минеральной добавки. По классификации EN большинство из них можно отнести к быстротвердеющим.

Бездобавочный эталон образец имеет показатель R2/R28 = 0,53. Большинство составов с КМД во второй серии, т.е. при постоянной величине В/Ц, демонстрируют показатели R2/R28, превышающие значение у бездобавочного эталона, что, во-первых, подтверждает положительное влияние комплексной минеральной добавки на прочность МЗБ при выдерживании в воздушно-сухих условиях, а во-вторых, подтверждает предположение о том, что повышенное водоцементное отношение замедляет процесс твердения МЗБ в начальной стадии.

Для предварительной оценки воздействия выдерживания в воздушно-сухих условиях определены значения отношения прочностей R120 измеренной к R120 расчетной по ф. (1) при k равном 0,25 (max) и 0,44 (min). Результаты показаны на рис. 4 Рисунок 4. Влияние вида МД в составе КМД на снижение предела прочности МЗБ при сжатии при выдерживании в воздушно-сухих условиях (прогноз) Сопоставление представленных на рис.2 и 4 данных позволяет утверждать, что степень негативного влияния выдерживания МЗБ в воздушно-сухих условиях практически не зависит от величины В/Ц.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено положительное влияние КМД на основе вторичного техногенного сырья на прочность МЗБ при выдерживании в воздушно-сухих условиях. Подтверждена гипотеза о том, что повышенное водоцементное отношение замедляет процесс твердения МЗБ с КМД в начальной стадии. Составы, содержащие опоку или золу в КМД, при различных соотношениях шлам/минеральная добавка обеспечивают меньшее снижение предела прочности при сжатии после выдерживания в воздушно-сухих условиях, что, подтверждает целесообразность применения КМД, например, в штукатурных составах.