ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И РЕЦЕПТУРНЫЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ. Калашников бетон


Володин В.М., Ананьев С.В., Мороз М.Н., Петухов А.В. Технологические и рецептурные основы получения высокоэффективных бетонов нового поколения

Володин Владимир Михайлович1, Ананьев Сергей Викторович2, Мороз Марина Николаевна3, Петухов Андрей Владимирович41ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", к.т.н.2ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", к.т.н.3ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", к.т.н.4ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", студент

Volodin Vladimir Mikhailovich2, Ananyev Sergey Viktorovich3, Moroz Marina Nikolaevna3, Petukhov Andrey Vladimirovich51Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences2Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences3Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences4Penza State University of Architecture and Construction, student

Библиографическая ссылка на статью:Володин В.М., Ананьев С.В., Мороз М.Н., Петухов А.В. Технологические и рецептурные основы получения высокоэффективных бетонов нового поколения // Современная техника и технологии. 2014. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/11/4943 (дата обращения: 03.10.2017).

В последние годы при производстве высококачественных бетонов реализуется концепция использования реакционно-активных мономинеральных и полиминеральных тонкодисперсных порошков на основе горных пород [1, 2]. Использование таких порошков ознаменовало появление нового класса бетонов, так называемые Reaktionspulverbeton. В связи с этим, необходимо было разработать новую технологию получения таких высокоэффективных бетонов нового поколения.

Такие бетоны являются многокомпонентными, количество компонентов в них может достигать 7–9 наименований. В них отсутствуют крупный заполнитель, а мелкий заполнитель – это особо мелкие пески фракции не более 0,8 мм. Доля каменной реакционно-активной муки в таких бетонах составляет 40-50% от массы цемента при содержании микрокремнезема (МК) до 15–22%. Водо-твердое отношение не превышает 0,09–0,12. Эти бетоны могут быть охарактеризованы как тонкозернистые порошковые бетоны. Содержание воды в тонкозернистых бетонах существенно снижается за счет высокого водоредуцирующего действия суперпластификатора (СП) в дисперсных системах. Водоредуцирующее действие в некоторых тонкодисперсных порошках может достигать значительных величин (1000–1500%), т.е. расход воды при одинаковой гравитационной текучести в дисперсных системах может быть снижен в 10–15 раз по сравнению с обычными суспензиями. Замещение части цемента, крупного и мелкого заполнителей тонкодисперсными микропорошками позволяет максимально реализовать разжижающее действие суперпластификаторов на сульфонафталин- и сульфомеламинфор­мальдегидной основе и, в большей степени, на поликарбоксилатной основе. С введением в такие бетоны стальных волокон в количестве 2,0 – 2,5 % по объему прочность бетона при осевом растяжении может достигать 15 МПа, прочность на растяжение при изгибе – 50 МПа, при прочности на сжатие 180 – 200 МПа.

Разработка многокомпонентных высококачественных бетонов различного функционального назначения обеспечивает неограниченные возможности использования их в строительном комплексе [3-6].

Экономя цемент нельзя получить высококачественные высокопрочные бетоны, особенно из бетонных смесей с высокой пластичностью и текучестью. Их состав необходимо кардинально изменять со значительным добавлением дисперсных компонентов. Экономически-обоснованная рецептура бетонов на настоящем этапе развития науки о бетонах должна преследовать цель не экономию цемента в бетонах старого поколения, а сокращения расхода железобетона в конструкциях за счет его высокой и особо высокой прочности. В этом случае экономятся все компоненты бетона – от цемента до стали.

Сочетание микрокремнезема и суперпластификатора с заменой крупного песка на мелкий с наибольшим размером зерен 0,5 мм, и с использованием базальтового щебня с максимальным размером 8 мм позволяет получить на самоуплотняющемся бетоне с В/Ц=0,18 прочность при сжатии 129 МПа при прочности на растяжение при изгибе 13 МПа. Введение фибры несущественно повышает прочность при сжатии (на 15%), но прочность на растяжение при изгибе возрастает в 2,2 раза. Пропаривание такого бетона в течение двух суток интенсифицирует протекание пуццоланической реакции и прочность на сжатие возрастает до 198 МПа, а на растяжение при изгибе – до 49 МПа т.е. в 3,77 раза по сравнению с бетоном с СП и МК, но не содержащим стальную фибру. Таким образом, невостребованные ранее малопрочные фибробетоны через 25 лет «дождались» особо высокопрочной матрицы, которая была способна обеспечить полное сцепление, как с проволокой диаметром 0,8-1,9 мм, так и с высокодисперсной арматурой, диаметром 0,15-0,25мм. Кроме того, повышение сцепления фибры с бетоном позволило:

1. Уменьшить длину фибры до 6-9 ммбез опасения выдергивания проволоки значительно раньше, чем наступит предел текучести,

2. Отказаться от использования слишком длинной фибры с L>5-15см и исключить комкование и неравномерное распределение с отсутствием недоармированных и переармированных зон, а также уменьшить диаметр стальной фибры вплоть до микроуровня (0,01-0,04 мм),

3. Уменьшить влияние фибры на снижение удобоукладываемости,

4. Уменьшить величины возрастания среднеквадратичных отклонений прочности на изгиб и на осевое растяжение с увеличением степени армирования,

5. Повысить долю заполнителя с наибольшей крупностью зерен 8мм до 60-65% в смеси заполнителей.

Таким образом, добавление к традиционным четырем компонентам бетонной смеси еще трех является  достаточным для превращения обычного бетона в многофункциональный.

Кроме повышения прочности на все виды нагрузок бетон обладает высокой водостойкостью и водонепроницаемостью (W), морозостойкостью (F), солес­тойкостью к воздействию солей обледенителей, стойкостью к проникновению хлорид-ионов, к трехкратному повышению стойкости к карбо­низации. Следует считать, что важнейшая добавка в этой комбинации – суперпластификатор.

Именно он, за счет снижения воды затворения, делает бетон плотным. Микрокремнезем, как высокодисперсная фаза (совместно с молотой горной породой), усиливает водоредуцирующее действие суперпластификаторов повышая, с одной стороны, плотность, а с другой – связывает гидратную известь в гидросиликаты, заполняющие капиллярные поры, что еще в большей степени повышает плотность структуры, а с ней – и прочность бетона.

Как указано выше, появление порошковых бетонов было обусловлено, прежде всего, необходимостью создания плотной и прочной матрицы за счёт уменьшения размеров структурных элементов такого бетона. Отдельные составляющие такого бетона выходят на микро-, и наноуровень (микрокремнезём, наносиликаты и наноуглероды). Такая плотная матрица позволила не только повысить сцепление её с дисперсной арматурой повышенного диаметра 0,5-2 мм, но и малого диаметра 0,1-0,2 мм, можно сказать, на микроуровне. Это позволило полностью использовать свойства высокопрочной дисперсной арматуры с пределом текучести до 3000 МПа и более. В результате использования такой стали удалось существенно уменьшить длину волокон до 6-9 мм без опасения их выдёргивания.

Вся эволюция совершенствования структуры щебеночных бетонов с повышением прочности их связана с уменьшением размеров крупного заполнителя с 20 – 40 мм до 3-10 мм. Последние 10-15 лет большинство высокопрочных и бетонов изготавливаются из саморастекающихся бетонных смесей, в которых максимальная крупность щебёночного заполнителя не превышает 8-12 мм.

Высокая текучесть позволяет изготавливать высокоархитектурные ажурные конструкции, тонкостенные скорлупы, шатровые оболочки, купола и другие филигранные конструкции. Это позволило осуществлять строительство безопорных ажурных мостов.

Еще причиной явилась возможность существенного повышения трещиностойкости дисперсно-армированных порошковых бетонов.

Наиболее веским основанием для перехода от щебёночных, мелкозернистых и песчанистых литых бетонов к порошковым бетонам послужило прогрессирующее развитие ткацкой промышленности в развитых странах (США, Канада, Франция, Германия), способной осуществлять изготовление объёмных мелкосеточных каркасов из полипропиленовых, полиамидных, полиакрилатных и целлюлозных волокон.

Как известно в мировой практике в производстве бетона используются порошки горных пород различного происхождения, однако основные критерии их использования не чётко определены.

Россия, занимая 1/7 часть суши, имеет огромные резервы горных пород различного происхождения. По оценкам компетентных специалистов разных стран из огромного количества сырья используется лишь 2-7 % для получения целевого продукта. Остальное – хранится в отвалах. Новые достижения в области техники и технологии металлургии открыли возможности извлечения полезных ископаемых из истощенных руд.

Основная часть многомиллиардных отходов минерального сырья выбрасывается в дисперсном или даже в высокодисперсном состоянии, остальная – в грубодисперсном виде, после процессов флотации, сухой и мокрой магнитной сепарации, отсевов камнедробления. Если принять минимальный суммарный расход электроэнергии на дробление и помол 10 квт час (дробление 3-5 кВт·час, помол – 15-25 кВт·час) на одну тонну каменных пород, то годовые энергетические затраты на измельчение 100 мдрд. тонн минеральных пород составят 1015 Вт·час. (1000 ТВт·час). Ежегодно такое количество энергии безвозвратно аккумулировано для образования высокой свободной поверхностной энергии дисперсных отходов в отвалах.

Эффективные бетоны, правильно называют бетонами нового поколения, но это название относят только к высокофункциональным, к высокопрочным и особовысокопрочным бетонам. Это бетоны будущего [7] . По нашему мнению с учетом предложенной ранее терминологии  [8], к ним необходимо отнести и бетоны рядовых марок с прочностью 20-50 МПа, выпускаемых в количестве 96-97% от всего выпуска бетона в мире, и бетоны с повышенной прочностью Rсж=60-100 МПа. Но такие бетоны можно называть лишь тогда бетонами нового поколения, когда в них удельный расход цемента на единицу прочности на сжатие будет не выше 4-4,5 кг/МПа. Почему именно этот показатель является основным критерием подразделения бетонов на бетоны нового поколения, бетоны переходного и старого поколения. Этот критерий является и технико-экономическим и экологическим по следующим причинам.

Во-первых, высокопрочные (ВПБ) и, особенно, сверхвысокопрочные (СВБ) бетоны с прочностью 100-200 МПа и более являются «экзотикой» и не появятся в короткие сроки в преимущественных объемах, в высоконагруженных зданиях и сооружениях. По мере перехода строительства на использование ВПБ и СВБ для уникальных зданий и сооружений будет сохраняться производство бетонов старого поколения с удельным расходом цемента 8-10 кг/МПа. Эти бетоны с прочностью 20-60 МПа необходимо заменить в короткие сроки высокоэкономичными бетонами нового поколения  с  удельным расходом цемента на единицу прочности ≤4,5 кг/МПа с расходами цемента на 1 м3 бетона не более 150-300 кг вместо 300-600 кг. В этом случае не потребуется дополнительных наращиваний объемов производства портландцемента и строительства новых цементных заводов с длительными сроками окупаемости.

Во-вторых отказ от строительства цементных заводов – это исключение дополнительной эмиссии углекислого газа СО2 в атмосферу от известняка и отходящих газов цементных печей, что является частичным решением экологической проблемы.

В связи с этим организация производств бетонов нового поколения в любом регионе России – важная народно-хозяйственная задача. И тот из руководителей крупных строительных управлений, который поймет, что переход на производство бетонов нового поколения будет определять высокую эффективность работы своего подразделения. Если говорить в целом об экономике строительства из бетона и железобетона в России, то строительство из высокопрочного и сверхвысокопрочного бетона – это глобальная экономика. Она имеет свои специфические критерии.

Библиографический список
  1. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов.  Строительные материалы. 2008. № 3. С. 20-23.
  2. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего.  Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22.
  3. Калашников В.И., Тараканов О.В., Белякова Е.А., Мороз М.Н. Новое направление использования зол ТЭЦ в порошково-активированных бетонах нового поколения. Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 22-27.
  4. Мороз М.Н., Калашников В.И., Суздальцев О.В., Янин В.С. Высокопрочные декоративно-отделочные поверхностно-гидрофобизированные бетоны. Региональная архитектура и строительство. 2014. № 1. С. 18-23.
  5. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей.  Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53.
  6. Калашников В.И., Ананьев С.В. Высокопрочные и особовысокопрочные бетоны с дисперсным армированием.  Строительные материалы. 2009. № 6. С. 59-61.
  7. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов. Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102.
  8. Калашников В.И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения. Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70-71.

Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»

technology.snauka.ru

Тяпкин В.А., Калашников В.И., Ерофеева И.В. Получение термолита из опочного гравия и бетона на его основе (Часть 2)

Тяпкин Вячеслав Александрович1, Калашников Владимир Иванович2, Ерофеева Ирина Владимировна31ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н.2ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н.3ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант

Tyapkin Vyacheslav Aleksandrovich2, Kalashnikov Vladimir Ivanovich3, Erofeeva Irina Vladimirovna31Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of technical sciences2Penza State University of Architecture and Construction, doctor of technical sciences3Penza State University of Architecture and Construction, postgraduate student

Библиографическая ссылка на статью:Тяпкин В.А., Калашников В.И., Ерофеева И.В. Получение термолита из опочного гравия и бетона на его основе (Часть 2) // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51698 (дата обращения: 14.01.2018).

Легкие бетоны старого поколения включают: “цемент+песок+легкий заполнитель+вода”, а переходного поколения – с суперпластификаторами. Но суперпластификаторы плохо разжижают бетонную смесь из-за малого наличия цементно-водной суспензии. В бетонах нового поколения в соответствие с [1-5] для увеличения суспензионной составляющей к цементу добавляется значительное количество какой-либо молотой  плотной породы [6- 10].

Для высокопрочных бетонов может быть использована комплексная добавка: микрокремнезем+обожженная молотая опока в соотношении 30:70 по массе. Для обычных бетонов-молотая опока. В первом случае затраты на микрокремнезем снижаются в 3 раза.

Исходя из гранулометрического состава опочно-кварцевой смеси выскажем свои соображения по использованию мелких и тонких фракций. Самая тонкая фракция менее 0,315 мм и тонкая фракция 0,315 – 0,63 мм – готовый тонкозернистый песок для растворов.

Наличие мелких частиц более легкой опоки уменьшает расслоение кладочных и штукатурных растворов. Тонкие частицы опоки являются реакционно-активной добавкой и связывают гидролизную известь в дополнительные цементирующие гидросиликаты кальция

Зернистая опока с фракцией 1,25 – 2,5 мм, как было сказано выше, должна обжигаться совместно с дробленой опокой.

Рис. 1. Номенклатура материалов из опоки

Таким образом, из намывной опоки по безотходной технологии может быть получено несколько материалов. Соотношение между различными фракциями зерен в опоке может варьироваться также как и количественный выход различных материалов.

Влажность намывного опочного гравия существенно варьирует. Намывная опока, отобранная из гидроциклона, имеет максимальную влажность, равную длительному водонасыщению, которое может достигать 30 – 35% по массе. Если опочный гравий будет отбираться  из конуса под гидроциклоном и складироваться на отдельном складе, то влажность будет снижаться за счет естественного высыхания. Опочный гравий обладает высокой открытой пористостью и быстро высыхает на воздухе. В летний период влажность может снижаться до 5 –10%. При этом светлые разности гравия имеют большую влажность.

Для определения открытой пористости темные и светлые разности опоки испытывались на водопоглощение. Для этого опочный гравий фракции 20 – 40 мм высушивался до постоянного веса и подвергался естественному водопоглощению с периодическим взвешиванием через определенные промежутки времени. Результаты представлены в таблице 1.

Как следует из таблицы, уже через 10 мин. нахождения в воде светлая опока поглощает 18% воды, а через 3 суток водопоглощение достигает 30%. Темные разности опочного гравия имеют водопоглощение на всех временных этапах в 1,5 раза ниже.

Таблица 1. Водопоглощение опочного гравия

Вид

опоки

Через 10 мин

Через 20 мин

Через 42 час

Через 72 час

Через 7 сут

М, гр

W,%

М,гр

W,%

М,гр

W,%

М,гр

W,%

М,гр

W,%

Темная

94,52

13,57

96,7

16,2

100,02

20,2

100,42

20,67

101,14

21,53

101,02

21,4

Светлая

130,42

18,32

134,94

22,4

142,74

29,26

143,82

30,5

145,26

31,8

145,12

31,66

По результатам водопоглощения была определена средняя плотность в куске и пористость опоки. Для этого водонасыщенный гравий протирался тканью и погружался в мерный цилиндр с водой. По результатам вытесненного объема воды вычислялась средняя плотность.Она находилась в пределах ρср=1450 – 1550 кг/м3. Пористость в абсолютно сухом состоянии составила 36 – 40%.

Прокаливанием абсолютно сухого опочного гравия при температуре 1000оС определили потери при прокаливании (ППП). Они составили 2,0–2,5%. для светлых и темных разностей гравия. Органические примеси в опоке обычно отсутствуют. Поэтому при прокаливании удалялась химически связанная вода.  При молекулярной массе SiО2, равной 60, доля воды составит 0,08 – 0,01 Н2О, т.е. можно с некоторым приближением принять вещество аморфного кремнезема, соответствующего формуле SiО2•0,1 Н2О.

Уменьшение сухой массы опочного гравия при обжиге не превышает 2 – 3%, т.е. с 1 т гравия получится 970 – 980 кг термолита. Расход сырья на 1т термолита составит 1,03 тонны.

Изучение свойств обожженного опочного гравия и легкого бетона на его основе и реакционно-активной добавки – высокодисперсного термолита

Опочный гравий фракции 10 – 40 мм обжигался с 20оС до 1000оС по режиму: подъем до t = 1000оС – 0,5 часа; выдержка при температуре t = 1000оС – 20 мин.; охлаждение до 20оС – 0,4 часа. После обжига опочный гравий дробили на щековой дробилке, а затем рассеивали на 3 фракции: 10 – 20 мм, 5 –10 мм, и 0 – 5 мм. После дробления количество щебня из гравия фракции 5 – 20 мм оказалось 80%, а фракции 0 – 5 мм – 20 мм.

В связи с тем, что на кафедре не имеется лабораторной конусной и валковой дробилок для дробления лещадных пород, дробление осуществлялось на щековой дробилке. Щековая дробилка не пригодна для дробления лещадных пород, какой является лещадный опочный гравий. После дробления содержание лещадных зерен во фракции 10 – 20 мм составило 47%, а во фракции 5 – 10 мм – 41%.

Насыпная плотность смеси двух фракций 5 – 10 и 10 – 20 мм в соотношении 1:3 составляет 770 кг/м3, в уплотненном состоянии – 890 кг/м3; средняя плотность обожженного опочного гравия в куске – 1472 кг/м3, а истинная – 2,5 г/см3.

Раздельный обжиг темной и светлой опоки не выявил различий в их окраске. Это свидетельствует о близком содержании оксидов железа, окисляемых при обжиге.

Изучено водопоглощение смеси обожженной светлой и темной опоки фракций 5 – 10 мм и 10 – 20 мм при соотношении 1:3.

Как следует из результатов, водопоглощение через 16 часов составляет 83% от четырех суточного. Это свидетельствует о значительном количестве сообщающихся капиллярных пор легко заполняемых водой. При полной пористости 41%, через 4 суток 65% всех пор насыщаются водой.

При приготовлении бетонной смеси на таком пористом щебне важно знать водопоглощение через первые 10-15 минут, т. к. щебень обезвоживает бетонную смесь и снижает ее пластичность. Поэтому содержание воды необходимо заведомо увеличивать. Водопоглощение опоки через 10-15 мин. зависит от размеров зерен. В смеси указанных фракций водопоглощение через 10-15 мин. находится в пределах 10-12% по массе, что составляет 43%-45% от 28-ми суточного водопоглощения.

На обожженном термолите был изготовлен легкий конструктивный бетон. Бетон был изготовлен на Пензенском портландцементе «Азия-Цемент» ЦЕМ 42,5 Н. Использовался песок Сурский с Мкр=1,52, две фракции термолита фр. 5-10 мм – 211 кг/м3 и фр. 10-20 мм – 492 кг/м3. В качестве пластификатора использовали СП Хидетал 9γГ. В/Т-отношение было 0,667, при котором бетонная смесь получилась малопластичной марки П-1 с осадкой конуса 3 см. Образцы-кубы 100х100х100 мм твердели в влажных условиях  и испытывались через 2 и 28 суток (рис. 1). Получен легкий бетон М400 с классом по прочности В35  плотностью в абсолютно-сухом состоянии 1780 кг/м3.

Кроме легкого заполнителя термолита при его производстве от дробления опоки получается мелкая фракция 0-5 мм, которая после обжига должна измельчаться до высокой дисперсности более 10000 см2/г.

Таблица 2. Легкий бетон на термолите

Наименование

компонентов

На 1 м3, кг

Объемна 1 м3, л

В/Ц,

В/Т

ρ,   кг/м3

Прочность при одноосномсжатии, Rсж, МПа

2 сутки

28 сутки

Азия-цемент 42,5 Н (Ц)

401,8

129,6

В/Ц=

0,667

ρвл..=1956

30,2

42,5

Песок Сурский (Пз)сМкр=1,52

602,7

227,4

Термолит фр. 5-10 мм

210,9

143,5

Осадкаконуса 3 см

ρабс.сух..=1780

Термолит фр. 10-20 мм

492,2

334,8

Хидетал 9γГ 1% от массы цемента

4,0

5,1

∑сух

1711,6

-

Вода

267,9

267,9

Мб.с.

1979,5

-

Vб.с

-

1108,4

Реакционно-активный порошок – высокодисперсный термолит (ВДТ) имеет розовый цвет и состоит из безводных соединений, преимущественно из видоизмененного активного SiO2, дегидратированных алюмосиликатов и твердых растворов железистых соединений. В небольшом количестве содержатся алюмосиликатов кальция и натрия.

Оценка реакционной активности молотой термоактивированной опоки осуществлялась в сравнении с активностью микрокремнезема. Бетоны были изготовлены из Пензенского цемента ЦЕМ 42,5 Н, песка Сурского и щебня гранитного фр. 5-10 мм, очень дешевого суперпластифкатора Fortreis Strong. Результаты сравнения показаны в таблицах 3 и 4.

Таблица 3. Бетон с высокодисперсным термолитом

Наименование

компонентов

На 1 м3,кг

 Объемна 1 м3,л

В/Ц,

В/Т

ρ,  кг/м3

Пз/Ц

Прочность на изгиб и сжатие,Rизг, Rсж, МПа, после пропаривания,через сутки

4

7

28

Азия-цемент 42,5Н(Ц)

348,4

112,4

В/Ц-0,532

ρвл..=

2324

(через1 сут)

2,03

Rизг=

6,9

Rизг=

7,0

Rизг=7,8

Песок Сурский (Пз) с Мкр=1,52

706,5

266,6

В/Т=0,084

ВДТ/Ц

0,11

Rсж = 51

Rсж = 54,8

Rсж = 64,6

Щебень гранитный (Щ) фр. 5-10 мм

1113,0

412,2

Осадкаконуса

1 см

ρтеор.=2385

 удельный расход цемента на единицу прочности=5,4 кг/МПа

Высокодисперсный термолит (ВДТ)

Sуд=13944 см2/г

(11% от Ц)

38,7

26,3

Vвд=324 л;Свд=32,3%

Vр=590л;Ср=59%

СП Fortreis Strong.

4,3

4,0

∑сух

2206,6

-

Вода

185,5

185,5

Мб.с.

2392,1

-

Vб.с

-

1003

Прочность бетона после пропаривания с дисперсной термоактивированной опокой оказалась всего на 9 % ниже, чем у бетона с микрокремнеземом и составляла 64,6 МПа.

Таблица 4. Бетон с микрокремнеземом

Наименование

компонентов

На

1 м3, кг

Объем на 1 м3, л

В/Ц,

В/Т

ρ,  кг/м3

П/Щ

Щ/Ц

Прочность на изгиб и сжатие, Rизг, Rсж, МПа, после пропаривания, через сутки

4

7

28

Азия-цемент 42,5 Н(Ц)

349,7

112,8

В/Ц=

0,532

ρвл..=

2321

(через1 сут)

2,03

3,19

Rизг=

8,1

Rизг=

8,3

Rизг=8,9

Песок Сурский (Пз) с Мкр=1,52

709,1

267,6

В/Т=

0,084

МК/Ц

0,11

Rсж= 53,0

Rсж= 54,7

Rсж= 71,1

Щебень гранитный (Щ) фр. 5-10 мм

1117,0

413,7

Ж=10-15сек

ρтеор.=2404

Vвд=317 л;Свд=31,8 %

Vр=584 л;             Ср=58,5 %

МикрокремнеземЛипецкий (11%от Ц)

38,9

18,5

СПFortreis Strong

3,29

2,9

∑сух

2214,6

-

Вода

186,2

186,2

Мб.с.

2400,8

-

Vб.с

-

998,8

Таким образом, пропаренный бетон с реакционно-активным высокодисперсным термолитом хорошо относится к тепловой обработке. Обожженный термолит очень легко размалывается до Sуд=11000-14000 см2/г и при такой дисперсности легко связывает гидролизную известь в гидросиликаты кальция.

Объемы производства высокодисперсного термолита для Пензенских заводов ЖБИ можно ориентировочно рассчитать, учитывая то, что дозировка её составляет 8-10 % от массы цемента. При перспективном производстве сборного железобетона в объеме 200 тыс. м3 в год ВДТ потребуется 7-8 тыс. тонн, в сутки 20-25 тонн.

 

Библиографический список
  1. Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения [Текст]/В.И. Калашников//Бетон и железобетон. -2012. -№ 1. -С. 82.
  2. Калашников В.И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов//Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102-107.
  3. Калашников В.И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения//Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70-71.
  4. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов//Строительные  материалы. 2008. №3. С. 20-22.
  5. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч. 3: От высокопрочных и особо высокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего//Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22-26.
  6. Ерошкина Н.А., В.И. Калашников, Коровкин М.О. Вяжущее, полученное из магматических горных пород с добавкой шлака, и бетон на его основе//Региональная архитектура и строительство. 2011. -№ 2. -С. 62-65.
  7. Калашников В.И., Мороз М.Н., Тараканов О.В., Калашников Д.В., Суздальцев О.В. Новые представления о механизме действия суперпластификаторов, совместно размолотых с цементом или минеральными породами//Строительные материалы.  2014.  № 9.  С. 70.
  8. Калашников В.И. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей/В.И. Калашников [и др.]//Инженерно-строительный журнал. -2012. -№8(34). -С. 47-53.
  9. Калашников В.И., Москвин Р.Н., Белякова Е.А., Белякова В.С., Петухов А.В. Высокодисперсные наполнители для порошково-активированных бетонов нового поколения//Системы. Методы. Технологии.  2014.  № 2 (22).  С. 113-118.
  10. Мороз М.Н., Калашников В.И., Суздальцев О.В., Янин В.С. Высокопрочные декоративно-отделочные поверхностно-гидрофобизированные бетоны//Региональная архитектура и строительство.  2014.  № 1.  С. 18-23.
Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Тяпкин Вячеслав Александрович»

web.snauka.ru

Байматов А.М., Калашников В.И., Мороз М.Н., Петухов А.В. Возможность использования минеральных ресурсов и отходов горнопромышленного комплекса Северо-Кавказского региона для получения высокоэффективных композиционных порошково-активированных бетонов нового поколения

Байматов Андрей Михайлович1, Калашников Владимир Иванович2, Мороз Марина Николаевна3, Петухов Андрей Владимирович41Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), к.т.н., доцент2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н.4Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

Baymatov Andrey Michaylovich2, Kalashnikov Vladimir Ivanovich3, Moroz Marina Nikolaevna3, Petukhov Andrey Vladimirovich51North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University), сandidate of Technical Sciences2Penza State University of Architecture and Construction, doctor of Technical Sciences, professor3Penza State University of Architecture and Construction, сandidate of Technical Sciences4Penza State University of Architecture and Construction, student

Библиографическая ссылка на статью:Байматов А.М., Калашников В.И., Мороз М.Н., Петухов А.В. Возможность использования минеральных ресурсов и отходов горнопромышленного комплекса Северо-Кавказского региона для получения высокоэффективных композиционных порошково-активированных бетонов нового поколения // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 11. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/11/40800 (дата обращения: 11.01.2018).

Северо-Кавказский регион является стратегически важным регионом России, обладающий развитой транспортно-инфраструктурной сетью, через который проходит прямой путь в Закавказье через Главный Кавказский хребет посредством двух автомобильных дорог федерального значения: Военно-Грузинская дорога – и Транскавказская автомагистраль, которая представляет собой кратчайший путь между европейским центром России и государствами Закавказья, Турцией и Ираном.

По уровню сейсмической опасности Северный Кавказ занимает одно из первых мест в Российской Федерации среди территорий, находящихся в сейсмоопасных зонах и характеризуется высокой степенью сейсмической и вулканической активности, что может являться причинами разрушительных тектонических и природных явлений, наносящих существенный материальный ущерб народному хозяйству и представляющих высокую опасность для ее населения.

Кроме того, горные районы Северного Кавказа подвержены воздействию опасных геодинамических процессов – снежные лавины, селевые потоки и оползни. Землетрясения способны влиять на динамику этих процессов, а негативные последствия землетрясений, в свою очередь, могут усугубляться вторичными эффектами: сходом снежных лавин, селевых потоков и оползней.

При этом, многие объекты, характеризуются дефицитом сейсмостойкости в 1-3 балла. Необеспеченность сейсмостойкости особо опасна для объектов повышенной ответственности: образовательные и дошкольные учреждения, учреждения здравоохранения и здания массового пребывания людей. Такое положение дел требует серьезных изменений в подходах к выбору строительных материалов пристроительстве в сейсмоопасных районах, которые должны отвечать требованиям повышенной сопротивляемости динамическим воздействиям и долговечности. Все это в немалой степени относится к разработке и внедрению в производство специальных видов бетонов, обладающих необходимыми характеристиками для работы в условиях горных районов и районов с повышенной сейсмической опасностью.

Особую остроту эта проблема приобретает при возведении противолавинных (снегоудерживающие, лавинозащитные и т.д.), противоселевых сооружений (селепропускные и т.д.), противооползневых сооружений. Высокая интенсивность развития экзогенных процессов (оползней, лавин, селей и др.), которые могут быть спровоцированы даже незначительными землетрясениями, является причиной серьезных разрушений, наносящих серьезный экономический, экологический, а, зачастую, приводить к человеческим жертвам.

Решением данной проблемы, могло бы стать разработка и внедрение в производство порошково-активированных композиционных бетонов нового поколения, обладающих существенно лучшими характеристиками прочности, пластичности, коррозионной стойкости, обуславливающих повышение долговечности инженерных сооружений в сложных климатических, сейсмических и геологических условиях горных территорий [1-4] .

В настоящее время в России строительство зданий и сооружений осуществляется из бетонных несущих изделий и конструкций с классом бетона по прочности В10-В35, что соответствует марке бетона по прочности на осевое сжатие 150-450 (15,0-45 МПа). За последние 20 лет ситуация в создании бетонов более высоких классов конструкционного назначения мало что изменилась, несмотря на повышение этажности зданий, если не принимать во внимание возведение уникальных зданий и сооружений в столице России г. Москвы и крупных городах России (С. Петербург, Н. Новгород, Самара и др.).

Революционные этапы на пути эволюционного развития бетона и железобетона: изобретение супер- и гиперпластификаторов, дисперсной арматуры (фибры) и новых плотных искусственных пуццоланических добавок, позволяющих изготавливать бетоны нового поколения с классами по прочности В100-120 МПа, не реализованы в России. По-прежнему, как и 20 лет назад, массовое строительство ориентировано на использование материалоемких бетонов низких марок. Отставание от передовых стран разительно и с каждым годом оно нарастает большими темпами.

Мы удивляемся уникальными зарубежными зданиями-небоскребами из высокопрочного и особовысокопрочного бетона высотой до 500-800 м, однопролетным вантовым мостам пролетом 1500-2000 м, нефтяным и газовым платформам из бетона классов В100-В120 для добычи нефти в морских шельфах и другим сооружениям, возведенных не из стали, а из железобетона.

Простые расчеты показывают, что центрально-нагруженная колонна с сечением 600×600 мм, изготовленная из бетона класса В25 потребляет для изготовления в 4 раза больше цемента, песка, щебня, воды, суперпластификаторов по сравнению с колонной сечением 300×300 мм (одинаковой длины), изготовленной из особовысокопрочного бетона класса В100. Транспортные перевозки цемента, щебня и стали (производство которых децентрализовано), песка и других вспомогательных материалов сокращается в тоже количество раз, как и снижается масса зданий и сооружений. Трудно оценить затраты на перевозку этих сырьевых материалов, перевозимых тяжеловесными железнодорожными составами. Немаловажный экономический эффект состоит в ускорении темпов строительства зданий и сооружении – суточная прочность особовысокопрочного бетона класса В100 составляет 50-60 МПа, а класса В25 – 8-10 МПа. Использование высокопрочных бетонов существенно ускоряются темпы строительства (быстрый съем опалубки при монолитном домостроении).

Железобетонные конструкции из щебеночных и бесщебеночных порошковых высокопрочных и особовысокопрочных бетонов с дисперсным армированием или комбинированным дисперсно-стержневым армированием, имеют в 4-5 раз большую прочность на осевое растяжение, в 10-20 раз более высокую ударную прочность, что определяет повышенную надежность при возведении сейсмостойких зданий и сооружений или конструкций, эксплуатируемых при воздействии динамических нагрузок (мосты, дороги, аэродромы, военные фортификационные сооружения и т.д.). Высокопрочный и особовысокопрочный бетон имеет сверхнизкую пористость и вследствие этого обладает очень высокой водонепроницаемостью (более W20), морозостойкостью (более F1000), стойкостью к сульфатной, магнезиальной, хлоридной, карбонатной коррозии, долговременной стойкостью в морской воде, насыщенной хлоридами металлов.

Трудно переоценить значительные технико-экономические преимущества от использования высокопрочного и особовысокопрочного бетона, и особенно, при строительстве зданий и сооружений из монолитного бетона.

Основным преимуществом высокопрочных и особовысокопрочных бетонов является высокая текучесть их бетонных смесей, определяющая самоуплотняемость смесей для изготовления конструкций. Самоуплотняющиеся бетонные смеси самонивелируются с образованием горизонтальной поверхности без механического уплотнения вибрационным оборудованием.

Их низкий предел текучести, равный 5-10 Па при содержании воды 9-11% от массы сухих компонентов, позволяет самопроизвольному удалению воздушных пузырьков. Производительность труда при изготовлении конструкций из самоуплотняющихся бетонных смесей существенно повышается за счет снижения трудоемкости бетонирования, улучшении условий труда.

Таким образом, глобальная экономика строительства из железобетона – это строительство из высокопрочного и особовысокопрочного железобетона. Глобальность ее определяется взаимосвязанными суммарными экономическими эффектами в строительстве, в транспорте, в технологии помола, в энергосбережении, в природопользовании, в экологии. Переход на строительство из бетона нового поколения – важнейшая народнохозяйственная проблема, решение которой существенно изменит экономику строительства, архитектуру зданий и сооружений с высокоэстетичным формообразованием, преобразованием массивных, материалоемких конструкций в ажурные, легкие, надежные и долговечные.

Фундаментальность научной проблемы определяется наукоемкостью при создании нового конструкционного материала. В ней реализованы научные положения реологии многокомпонентных дисперсных систем, более полно связанных с физико-химией агрегативно-устойчивых, предельно-концентрированных дисперсных систем, электрокинетическими явлениями на границе раздела фаз, поверхностными зарядами частиц различного минералогического состава с приемами перезарядки поверхности кислых пород под действием гидролизной извести клинкера, с химией твердения цемента и механизмами его гидратации, с механикой разрушения хрупких материалов и более дуктильных дисперсно-армированных композиционных материалов. Технология производства высокопрочных дисперсно-армированных бетонов нового поколения с супер- и гиперпластификаторами, каменной мукой и плотными пуццоланами, является более наукоемкой, нежели традиционная, в которых лишь частично улучшаются прочностные свойства бетонов в течение последних 30-40 лет, с экономией портландцемента в бетоне на 10-20%.

Использование наносистем в мало- и микродефектных особовысокопрочных бетонах будет новым революционным этапом в технике бетонов.

Северо-Кавказский регион обладает огромными запасами минерального сырья и отходов горно-промышленного комплекса. В большинстве своем эти ресурсы находятся в мелкодисперсном состоянии и использование их в качестве заполнителей традиционных бетонах затруднено, ввиду значительного увеличения расхода цемента. В порошково-активированных бетонах нового поколения мелкодисперсные отходы производства являются реакционно-активными компонентами, способными в значительной степени снизить расход цемента в бетонной смеси, что, в свою очередь снижает себестоимость самого бетона.

Библиографический список
  1. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов. Строительные материалы. 2008. № 3. С. 20-23.
  2. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего. Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22.
  3. Калашников В.И., Демьянова В.С., Дубошина Н.М. Сухие строительные смеси на основе местных материалов. Строительные материалы. 2000. № 5. С. 30-33.
  4. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А.Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей.  Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47-53.
Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»

web.snauka.ru


Смотрите также