Эффекты от минеральных добавок в бетоне

0

0

0

При изготовлении различных марок бетона активно применяются минеральные добавки (МД). Это рассеянные неорганические компоненты естественного или техногенного происхождения, которые вводятся в бетонную смесь для целенаправленного регулирования характеристик. Кроме улучшения технологических свойств их популярность объясняется возможностью утилизации и уменьшением себестоимости стройматериала.

Требования к минеральным добавкам

Минеральные добавки поставляются в сыпучей консистенции либо в форме концентрированных паст и должны соответствовать утвержденным изготовителем техрегламентам. В их составе не могут присутствовать элементы, способные ухудшить нормируемые параметры качества бетоном, стимулировать коррозионное поражение арматуры и выделение из материала вредных компонентов в окружающую среду.

Допустимая дисперсность АМД с остатком на сите до 5%, ИМД до 10%. Инертные добавки должны иметь стойкость к химическому влиянию цементных щелочей. Добавление в состав бетона МД не должно приводить к изменению токсиколого-гигиенических показателей.

Виды минеральных добавок

По происхождению выделяются МД природного (естественного) и техногенного происхождения. Первые изготавливаются посредством измельчения и дополнительной термообработки различных горных пород. Вторые получаются с помощью измельчения, осаждения/конденсации промышленных отходов из жидкой или газообразной фракции.

По механизму и характеру проявляемого действия добавки обладают:

• расширяющими характеристиками (нивелируют усадку или стимулируют самонапряжение монолита);
• вяжущим действием (улучшают затвердевание);
• пуццолановой активностью (низкой, средней, высокой степени) — способствует повышению прочности и плотности бетона).

Если МД сочетает несколько свойств она классифицируется по характеристике, влияющей на основное действие.

Существуют инертные добавки (ИМД), не взаимодействующие с щелочами вяжущего компонента и продуктами реакции гидратации, используемые как микронаполнители. Активные добавки (АМД) характеризуются выраженным расширяющим, вяжущим действием и пуццолановой активностью. Для производства естественных АМД используются вулканические (перлит, туфы, пемза, витроф) и осадочные горные породы (трепеловидная опока, диатомит и другие).

Происхождение и свойства наиболее востребованных АМД

Активные минеральные добавки для бетона, такие как зола-унос, микрокремнезем (силикатная пыль) и метакаолин, являются широко используемыми материалами, которые активно применяются в современном бетоностроении. Эти природные и техногенные материалы имеют пуццолановые свойства, что позволяет им вступать в химические реакции с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации цемента, с формированием дополнительного количества гидросиликатов кальция – основных вяжущих компонентов бетона.

Применение таких активных минеральных добавок способствует повышению долговечности, плотности, водонепроницаемости и других важных эксплуатационных характеристик бетонных смесей и изделий. Наиболее известными промышленными источниками получения этих добавок являются отходы тепловых электростанций, производств ферросплавов и глинистые породы.

Микрокремнезем

Материал ультрадисперсного типа, образуется в ходе конденсации/газовой очистки при изготовлении кристаллического кремния, ферросплавов на основе железа и кремния. Отличается сильными пуццоланическими харакеристиками. Помогает сократить расходы вяжущего, используется при изготовлении особо прочных марок искусственного камня.

Известняковая мука

Формируется в результате мельчайшего дробления известнякового щебня. Основная долю занимает карбонат магния и кальция. Обладает выраженными вяжущими характеристиками. Чтобы получить смесь с нормированными параметрами удобоукладываемости требуется добавление пластификаторов. Однако взаимодействием известняковой муки с такими добавками вызывает увеличенное газообразование, что уменьшает марку прочности.

Гранулированный шлак тонкого помола

Побочный продукт выплавки железной руды в домнах. Средний размер фракций измельченного материала — 0,08 мм. Обладает сильными гидравлическими характеристиками, усиливающимися при взаимодействии с цементными щелочами. Обеспечивает постепенный набор прочности, снижает усадку. Применяется для бетона, идущего на возведение дорог, мостов, эстакад, при укладке монолита в объемные конструкции.

Золы уноса

Тонкодисперсный материал, продукт сгорания угля с частицами величиной менее 100 мкм. После сжигания осаждается на улавливателях дымовых труб. Применяется для улучшения влагонепроницаемости, химической стойкости. Среди недостатков — существенный разброс параметров минерального состава и размера фракций.

Метакаолин

Изготавливается на основе обожженных каолиновых глин, прошедших обогащение. В основном состоит из оксидов кремния и алюминия. Имеет схожую с микрокремнеземом, но менее выраженную пуццолановую активность. Используется при изготовлении бетонов высоких классов прочности.

В чем преимущество использования минеральных добавок

Существует несколько причин, которые обуславливают применение минеральных добавок:

1. Уменьшение себестоимости бетонной смеси. Благодаря высокому коэффициенту замещения цемента (например, у микрокремнезема 2:1) удешевляется производство материала при неизменности или улучшении нормируемых параметров.
2. Улучшение технических характеристик. Минеральные добавки сокращают общую пористость, ускоряют первоначальный этап затвердения смеси, сокращают водопотребность растворов. Способствуют упрочнению контактного пятна между цементным вяжущим и заполнителями. Помогают увеличить прочность монолита посредством сокращения пустотности при расположении фракций заполнителя между частицами портландцемента.
3. Эффективная утилизация промышленных отходов предприятий металлургии и энергетики.

Подведем итог

Включение в состав бетонов различных МД позволяет получить экономическую выгоду и одновременно улучшить отдельные технические свойства. На практике такие смеси с качественными добавками стоят заметно больше обычных монолитов и зачастую применяются только на дорогостоящих объектах.

Пока остается точно не изученной проблема взаимодействия МД с органическими модификаторами, активно присутствующими в составе современного бетона. Не существует однозначного мнения по поводу позитивного влияния минеральных компонентов на морозоустойчивость, особенно в случае высоких нормируемых показателей (от F200 и больше). .

При этом эксперты отрасли уверены, что ее будущее связано с созданием многокомпонентных бетонных смесей, включающих минеральные и органические заполнители.