Минеральные добавки

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.

Дата добавления: 2014-01-05