Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДИФИКАТОРА КЗБ НА СВОЙСТВА ПЕНОБЕТОНА

Байджанов Д.О. 1 Жумагулова А.А. 1 Дивак Л.А. 1 Дилеев И.М. 1 Шерстов А.И. 1
1 Карагандинский государственный технический университет – вуз Первого Президента РК
Разработан состав комплексного модификатора на основе керамзита, золы-уноса тепловых электростанций и комплекснойбелково-протеиновой добавки. Изучено его влияние на такие свойства, как прочность, морозостойкость, стойкость к коррозии, удобоукладываемость и однородность бетонных смесей, жизнеспособность смесей. Предложена технология производства комплексного модификатора. Рассмотрены способы введения модификатора в бетонную смесь, на основании чего выбран двухстадийный способ введения модификатора. Подобран оптимальный тепловой режим обработки изделий. Рассмотрено улучшение поровой структуры модифицированного цементного камня. Прирост прочности пенобетона с модификатором, твердеющего в нормальных условиях, составляет 30 % в сравнении с прочностью материала без добавки. Увеличение жизнеспособности бетонных смесей на 4–5 часов. Получение водоудерживающего эффекта в бетонных смесях со сниженным расходом воды (снижение расхода воды до 20 %).
пенобетон
комплексный модификатор
керамзит
белково-протеиновая добавка
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Изд-во АСВ, 2002. – 501 с.
2. Дюсембинов Д.С. Пенобетонные изделия, полученные методом двухстадийного введения пены: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Алматы, 2009.
3. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие. // Ростов на Дону, Феникс, 2005. – 221 с.
4. Методические рекомендации по производству бетонных работ с применением суперпластификаторов и других эффективных добавок. – М., 1986. – 60 с.
5. Методы исследования цементного камня и бетонов // Успехи физических наук. –1969. – Т. 99. – Вып. 44.
6. Портик А.А. Савиных А.В. Все о пенобетоне. – СПб., 2004. – 270 с.
7. Ратинов В.Б. Классификация добавок по механизму их действия на цемент // Шестой международный конгресс по химии цемента. – М.: Стройиздат, 1976. – Т. 2. – С. 18–21.
8. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. – М.: Стройиздат, 1989. – 35 с.
9. Руководство по применению химических добавок в бетоне. – НИИЖБ Госстроя СССР. – М., 1980 – 57 с.
10. Соловьев В.И., Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные цементы. – Алматы: КазГосИНТИ, 2000. – 285 с.
11. Ткач Е.В. Модификаторы в строительной технологии: учебное пособие. // Караганды: КарГТУ. 2006. – 156 с.
12. Шарипов С.М., Байджанов Д.О., Касым Ш.Ж. Комплексное использование местных отходов промышленности для производства коррозионностойких мелкозернистых бетонов // Труды КарГТУ. – Караганда, 2001. – Вып. 1.
13. Шарипова А.А. Улучшение свойств теплоизоляционного пенобетона на основе комплексного модификатора КМВ: автореф. – Алматы, 2010.

Последние десятилетия ознаменовались значительными достижениями в теории и технологии бетона с применением различных добавок и модификаторов, позволяющих эффективно управлять процессом структурообразования и получать различные бетонные материалы с заданными свойствами. Также известно, что материал с высокой сопротивляемостью повышенным температурам и агрессивным средам является модифицированным и обладает высокими строительно-техническими свойствами [10].

Опыт приготовления эффективных комплексных полифункциональных модификаторов изложен в трудах В.Г. Батракова, М.И. Хигеровича, В.И. Соловьева, Д.О. Байджанова, Е.В. Ткач, С.М. Шарипова.

Актуальность поставленной задачи заключается в том, что улучшение строительно-технических свойств различных конструкционных материалов достигается использованием комплексного модификатора на основе керамзита, золы-уноса тепловых электростанций и комплексного белково-протеинового модификатора.

Вопросы технологии производства легких материалов на основе различных заполнителей нашли свое отражение в работах М.М. Митрохина, Г.А. Бужевича, М.З. Симонова, А.В. Волженского, С.М. Ицкова, С.М. Когана, М.М. Израелита, Б.Б. Вейнера и др [6].

Легкие бетоны имеют объемный вес не более 1800 кг/м3.

Легкий бетон является универсальным материалом, который применяется для стен, перекрытий, перегородок, покрытий зданий и других конструкций. Применение легкого бетона взамен кирпича и тяжелого бетона дает большие выгоды. Например, замена кирпича стен крупными панелями из легкого бетона приводит к уменьшению веса здания, сокращению трудоемкости возведения стен на 60–70 % и к снижению стоимости монтажа по сравнению с кирпичной кладкой [1].

Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность – ниже 500 кг/м3 и обладают также хорошими теплозащитными свойствами, так как в сухом состоянии их теплопроводность находится ниже 0,20 Вт/(м·К). Положительные свойства теплоизоляционных легких бетонов позволяют использовать их в конструкциях как достаточно надежную теплоизоляцию [6].

Большинство добавок, улучшая одни характеристики бетонной смеси или бетона, не изменяют, а зачастую ухудшают другие характеристики. Для преодоления побочных эффектов используют комплексные добавки, состоящие из нескольких самостоятельных компонентов, например, суперпластификатора и микрокремнезема. Комплексные добавки многофункциональны и способны влиять сразу на несколько характеристик бетонной смеси и бетона [7, 8, 9].

Для приготовления комплексных модификаторов применяли:

  • керамзит, отвечающий требованиям ГОСТ 9757-90;
  • комплексный белково-протеиновый модификатор (КБПМ) ГОСТ 30459-96;
  • золу-унос, ГОСТ ТУ 25818.

Основными качественными характеристиками пены являются:

1) кратность (К), представляющая отношение начального объема пены (Vн) к объему водного раствора пенообразователя (Vp);

2) устойчивость во времени.

pic_8.tif

Рис. 1. Технологическая схема получения КВД: 1 – керамзит; 2 – зола-унос; 3 – КБПМ; 4 – дозатор; 5 – мельница; 6 – смеситель; 7 – сушильная камера; 8 – гранулятор; 9 – склад готовой продукции

Выбрана следующая технологическая схема получения комплексной добавки на основе керамзита, комплексного белково-протеинового модификатора (КБПМ) и отходов производства (зола-унос) [1].

Метод двухстадийного введения пены предусматривает строго определенную последовательность совмещения ингредиентов: пеноконцентрат совмещается с комплексной добавкой и тщательно перемешивается, затем получаемая с помощью пеноконцентрата и КБПМ модифицированная пена совмещается с цементом, который проявляет гидравлическую активность [2].

Пена, полученная из пеноконцентрата, подается в работающую бетономешалку со смесью минеральных кмпонентов. Пену дозируют по объему. Перемешивание пены и минеральных компонентов производят в течение 1– 2 мин [2, 4].

Пенобетон (неавтоклавный) твердеет как в нормально-влажностных условиях, так и при термовлажностной обработке. В связи с тем, что бетоны с использованием золы гидроудаления медленно набирают прочность в нормально-влажностных условиях, рекомендуется пенобетоны подвергать пропариванию [1, 6].

Установлен оптимальный режим теплообработки в присутствии добавки-модификатора.

Согласно проведенным исследованиям, оптимальный режим твердения составляет 45 °С, это обусловливается введением в пенобетон добавки-модификатора, а именно содержанием в ней необожженного вермикулита.

pic_9.wmf

Рис. 2. Режим ТО пенобетона

При проведении дальнейших исследований при оптимально выбранном режиме в зависимости от плотности пенобетона 400– 600 кг/м3 продолжительность выдержки изделий до пропаривания составляет 7–8 ч.

Известно, что многие свойства бетона зависят от качества поровой структуры цементного камня. Соотношение открытой и закрытой пористости оказывает существенное влияние на свойства цементного камня, в том числе в условиях воздействия на бетон различных агрессивных сред. Оптимальная поровая структура цементных материалов должна соответствовать следующим требованиям:

  • в отвердевшем бетоне должны преобладать микро- и макропоры с радиусом, не превышающим 10–4 см;
  • необходимо по возможности ликвидировать наиболее крупные поры седиментационного происхождения;
  • имеющиеся в цементном растворе микропоры должны быть преимущественно замкнутыми или тупиковыми [1, 6, 10].

Рассмотрено улучшение поровой структуры модифицированного цементного камня на примере состава с использованием добавки и бездобавочного состава. Добавка принята 2,0 % от массы цемента.

Микропористость определяли с помощью метода ртутной порометрии [9]. Отмечается улучшение качества поровой структуры цементного камня после введения модификатора: наблюдается уменьшение радиуса пор до 60 мкм (преобладающие) против 75 мкм в возрасте 28 суток.

Применение комплексной вспучивающейся добавки значительно улучшает структуру пор пенобетонного материала, что открывает большие возможности для производства качественных материалов [3, 11].

Прирост прочности пенобетона с модификатором, твердеющего в нормальных условиях, составляет 30 % в сравнении с прочностью материала без добавки. Объясняется данный факт улучшением микропористой структуры цементного камня в присутствии комплексной добавки, что способствует образованию качественных ячеек пенобетонных изделий.

pic_10.wmf

Рис. 3. Прочность и плотность пенобетона при различных методах приготовления: 1 – классический метод; 2 – метод двухстадийного введения пены; 3 – классический метод с добавкой; 4 – метод двухстадийного введения пены с добавкой

Анализ полученных данных показывает, что бетоны без добавок выдерживают 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, тогда как бетон с модификатором выдерживает 65. Снижение прочности модифицированного пенобетона происходит медленнее, что указывает на потенциальные возможности модифицированных пенобетонов.

pic_11.tif

Рис. 4. Результаты испытаний пенобетона на морозостойкость: 1 – состав без добавок; 2 – состав с комплексным модификатором

Таким образом, в состав комплексной добавки входит ингредиент, обеспечивающий материалу гидрофобные свойства, снижая водопоглощение и увеличивая морозостойкость.

Модифицированный бетон существенно отличается основными физико-механическими свойствами по отношению к обычному бетону без добавок. При совмещении цемента с комплексной вспучивающейся добавкой ее ингредиенты создают защитный слой цементного клинкера и придают цементу не только устойчивость к повышенной температуре, но и улучшенные физико-механические свойства.

Применение модификатора в бетонных смесях позволяет получить следующие положительные результаты:

Реологические:

  • улучшение удобоукладываемости и однородности бетонных смесей;
  • получение водоудерживающего эффекта в бетонных смесях со сниженным расходом воды (снижение расхода воды до 20 %);
  • увеличение жизнеспособности бетонных смесей на 4–5 часов.

Физико-механические:

  • увеличение прочностных характеристик бетона на 30–50 %;
  • получение бетонов с высокими показателями по морозостойкости и коррозионной стойкости;
  • увеличение адгезии растворов и бетонов.

Рецензенты:

Утенов Е.С., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительство и ЖКХ» Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда;

Жакулин А.С., д.т.н., профессор кафедры «Строительство и ЖКХ» Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда.

Работа поступила в редакцию 15.01.2014.


Библиографическая ссылка

Байджанов Д.О., Жумагулова А.А., Дивак Л.А., Дилеев И.М., Шерстов А.И. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДИФИКАТОРА КЗБ НА СВОЙСТВА ПЕНОБЕТОНА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11-8. – С. 1567-1570;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33380 (дата обращения: 25.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074