ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРОСТОЙКОСТИ КЕРАМЗИТОБЕТОНА НА КОМПОЗИЦИОННОМ ГИПСОВОМ ВЯЖУЩЕМ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Важной задачей промышленности строительных материалов является развитие отечественного производства эффективных строительных материалов и изделий, обеспечивающих снижение массы возводимых зданий, экологическую безопасность и комфортность жилья, снижение его стоимости и др. К таким материалам относятся гипсовые материалы и изделия, в частности керамзитобетоны на основе композиционных гипсовых вяжущих. Но, к сожалению, в настоящее время данный вид бетонов имеет ограниченное применение в строительстве, не соответствующее их потенциальным возможностям. Одной из причин такого положения является недостаточность проведенных исследований по определению эксплуатационных характеристик гипсобетонов. В данной статье авторами приводятся результаты исследования атмосферостойкости образцов керамзитобетона на основе композиционных гипсовых вяжущих с многокомпонентной тонкодисперсной минеральной добавкой, включающей отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов (отходы ММС), нанодисперсный порошок кремнезема (НДП), мел и суперпластификатор SikaPlast 2135.

Ключевые слова:
керамзитобетон, композиционное гипсовое вяжущее, фазавый состав
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

 

Введение. По мнению многих исследователей [1–10], долговечность ограждающих конструкций зависит от условий их эксплуатации, а также влажностного состояния и свойств материала, из которого они созданы. Считается, что в результате чередующихся атмосферных воздействий (увлажнения, высушивания, замораживания и оттаивания) структура бетона расшатывается, возрастает трещинообразование, снижается стойкость к агрессивным воздействиям.

Методология. Атмосферостойкость образцов керамзитобетона размером 10×10×10 см, находящихся на открытом стенде и подвергающихся атмосферным воздействиям, определяли по изменению показателей предела прочности при сжатии.

Основная часть. Решающим фактором в обеспечении атмосферостойкости бетонов является их прочность и способность структуры материала воспринимать без разрушения знакопеременные деформации. Результаты исследования стойкости образцов из керамзитобетона на КГВ при их твердении в атмосферных условиях могут дать определенную оценку их долговечности.

Для определения средней плотности и требуемой прочности керамзитобетона из бетонной смеси изготавливали образцы-кубы размером 10×10×10 см. Пользуясь существующими методиками по подбору состава керамзитобетона, исходя из заданной средней плотности бетона и его структуры, был рассчитан расход КГВ, воды (для требуемой жесткости или подвижности), заполнителей (крупного и мелкого).

В исследованиях применяли КГВ, включающее: гипсовое вяжущие – β-модификации Г-5БII (Г-5) и α-модификации ГВВС-16 (Г-16), портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ПЦ), многокомпонентные тонкодисперсные минеральные добавки (отходы ММС, нанодисперсный порошок кремнезема (НДП) и мел) и суперпластификатор SikaPlast 2135. Состав КГВ (% по массе): гипсовое вяжущее – 68,05, портландцемент – 15,
тонкомолотые отходы ММС – 15, НДП кремнезема – 0,45, мел – 1,5.

При приготовлении бетонных смесей с водой затворения вводили 0,3 % суперпластификатора  SikaPlast 2135 (от массы КГВ). В качестве заполнителя применяли керамзитовый гравий с маркой по прочности П125, по насыпной плотности 500, средней насыпной плотностью
460 кг/м3, наибольшей крупностью 20 мм.

По результатам испытаний шести образцов-кубов с ребром 10 см, твердевших в атмосферных условиях в течение 4 лет, проводили оценку предела прочности при сжатии и структуры керамзитобетона.

Составы и показатели физико-механических свойств керамзитобетона приведены в табл. 1.

Натурные наблюдения и лабораторные исследования подтвердили достаточно высокую долговечность образцов керамзитобетона на КГВ при длительном атмосферном воздействии.  Исследованиями установлено, что у образцов, находящихся на открытом стенде 4 года, наблюдается прирост прочности на 18 % (с 11 до 13 МПа) с высокими показателями водостойкости 0,9 и морозостойкости F70, что согласуется с результатами исследований других авторов [2].

Высокие показатели физико-механических свойств образцов керамзитобетона свидетельствуют о стабильности сформировавшейся структуры, что подтверждается поэлементным химическим анализом (табл. 2), электронной микроскопией (рис. 1), проведенными на растровом электронном микроскопе TeckanMIRA 3, и  результатами РФА (рис. 2).

 

Таблица 1

Показатели свойств керамзитобетона на КГВ

Класс

бетона

Расход материалов, кг /м3

В/В

ОК, см

ρср, кг/м 3, в сроки

Rсж, МПа в сроки

Кр

F,

циклы

В7,5

КГВ

керамзит

вода

СП, % от массы КГВ

28

суток

4.5

года

28

суток

4

года

420

555

290

0,3

0,7

4-6

1135

1175

11

13

09

70

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Состав продуктов гидратации в точках микрозондирования

Название спектра

Содержание элементов, масс %, в точках микрозондирования

C

O

Na

Mg

Al

Si

S

K

Ca

Ti

Fe

Спект 1

6.52

50.94

     

41.85

   

0.68

   

Спект 2

6.30

40.02

 

1.17

6.79

13.65

1.43

1.20

4.95

0.72

23.74

Спект 3

6.85

32.65

   

0.33

2.56

0.92

 

4.25

 

52.44

Спект 4

6.20

53.76

   

0.28

0.86

16.34

 

22.22

 

0.35

Спект 5

4.07

52.38

       

18.05

 

25.49

   

Спект 6

5.54

62.10

       

14.67

 

17.69

   

Спект 7

5.25

47.45

0.42

1.36

9.47

24.12

0.22

2.14

2.23

0.46

6.87

Спект 8

9.39

51.86

     

2.41

13.77

 

22.57

   

Спект 9

7.93

50.58

 

0.82

5.86

15.75

1.83

0.87

7.95

0.71

7.70

Спект 10

12.23

50.30

0.22

0.19

1.91

5.02

0.48

0.35

28.51

 

0.78

Спект 11

5.73

52.91

0.30

0.77

7.03

25.09

0.91

1.00

3.36

0.23

2.66

Спектр 12

4.38

54.85

0.23

0.45

4.51

32.69

 

0.94

0.54

 

1.41

Спектр 13

7.96

53.02

0.20

0.59

3.69

10.06

1.86

0.67

19.88

 

2.06

Спектр 14

11.25

54.57

0.24

 

1.33

4.75

0.74

0.32

26.40

 

0.40

Спектр 15

8.76

51.50

0.46

0.88

9.30

20.09

 

1.80

2.42

 

4.79

Спектр 16

12.50

50.71

0.22

0.35

2.73

5.13

0.18

0.42

26.64

 

1.13

Спектр 17

6.74

58.80

     

32.74

0.45

 

0.87

 

0.40

Спектр 18

6.73

40.84

 

0.89

4.40

9.93

0.38

0.40

1.38

 

35.06

Спектр 19

6.91

50.58

0.44

1.16

9.54

18.78

1.42

1.77

4.19

0.23

4.98

Спектр 20

6.84

49.03

0.35

0.99

6.53

17.43

1.08

1.15

11.38

0.33

4.89

Спектр 21

10.74

51.10

0.43

0.88

7.63

20.57

0.21

1.41

2.72

0.30

3.99

Спектр 22

16.95

52.36

0.19

0.17

1.75

3.80

0.28

0.33

23.41

 

0.76

Спектр 23

9.47

52.91

0.42

1.27

9.68

16.70

0.21

1.54

2.15

0.78

4.85

Спектр 25

10.82

55.47

 

0.18

0.34

12.25

4.11

 

16.22

 

0.62

Спектр 26

5.46

56.28

     

0.26

16.87

 

21.12

   

Спектр 27

4.40

52.38

     

0.20

18.81

 

24.21

   

Спектр 28

7.14

52.63

 

0.52

2.69

32.45

 

0.44

1.57

 

2.56

Спектр 29

3.31

48.19

 

1.64

11.45

25.63

 

2.94

1.19

 

5.65

Спектр 30

10.57

48.88

     

7.74

12.43

 

20.37

   

Спектр 32

14.53

56.02

     

6.79

3.66

 

19.00

   

 

 

Было установлено, что исследуемый образец характеризуется мелкокристаллической структурой новообразований разной морфологии и размеров, которые, судя по данным микроанализа, предположительно относятся к двуводному гипсу (спектр 27), к гидросиликатам кальция, гидроалюмосиликатам и гидроалюмоферритам кальция (спектры 28, 29), с упрочненными связями между кристаллами (табл. 2, рис. 1-г). Наблюдаются участки с более плотной структурой и отдельные блоки из прямых параллельных слоев.

На поверхности зерна заполнителя (керамзита) наблюдается слой продуктов гидратации КГВ, что характеризует хорошее сцепление с ним затвердевшей матрицы (рис. 1-б).

 

 

а

б

в

г

Рис. 1. Микроструктура образца керамзитобетона на КГВ, подвергшегося атмосферным воздействиям

на открытом стенде в течение 4 лет:

а) спектры 1–8; б) спектры 9–18; в) спектры 19–23; г) спектры 25–32

 

 

 

На рис. 1-в видны кристаллы гипса (спектры 21, 23) и поры заполнителя (спектр 20), зарастающие, предположительно, гидросиликатами кальция и др. новообразованиями (спектр 22).

При рассмотрении рентгенограмм (рис. 2): было выявлено, что основным цементирующими веществами исследуемой пробы являются:

СаSO4 2H2O (d=7,62; 4,29; 3,81; 3,073; 2,877; 1,880 ٴǺ);  

СаСО3 (d=3,029; 2,49; 2,277; 2,093; 1,912; 1,869; ٴǺ);

SiO2 (d=3,35; 2,55; 2,46; 2,29; 2,133; 1,85; 1,813; 1,662 Ǻ);

CSH(B)  (d=12,55; 3,07; 2,82; 1,83; 3,35;2,46; 2,29; 2,133; 1,813; 1,662 Ǻ);

3СаО ·Al2O3 ·CaCO3·12H2O (d=7,6; 3,80; 2,86; 1,66 Ǻ).

Пики (d=7,6; 3,80; 2,86; 1,66 Ǻ,)
видимо, принадлежат четырехкальциевому
монокарбонатному гидроалюминату
(3СаО·
Al2O3 ·CaCO3·12H2O), образующемуся при гидратации С3А с добавкой СаСО3.

Пики эттрингита (d=9,73; 5,61; 3,88; 2,564; 2,209 Ǻ) и Са(ОН)2 (d=4,93; 2,63; 1,93; ٴǺ) на рентгенограмме не обнаружены, имеются лишь их следы, что свидетельствует о наличии достаточного количества активных минеральных добавок в составе КГВ, содержащих кремнезем в химически активной форме и интенсивно связывающих Са(ОН)2 в гидросиликаты кальция типа CSH(В) и другие комплексные малорастворимые соединения, обеспечивающие прочность и водостойкость композита.

 

 

 

Рис. 2.  РФА затвердевшего КГВ из образца керамзитобетона  подвергшегося атмосферным воздействиям на открытом стенде в течение 4,5 лет

 

 

Выводы. Таким образом, длительные натурные наблюдения и исследования показали, что образцы керамзитобетона на основе КГВ, подвергающихся атмосферным воздействиям 4 года показали удовлетворительную эксплуатационную стойкость. Прочность бетона не снижается.

 

Источник финансирования. Программа развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова с использованием оборудования Центра Высоких Технологий БГТУ им. В.Г. Шухова.

 

Список литературы

1. Гипс в малоэтажном строительстве. Под общей ред. А.В. Ферронской. М.: Изд-во АСВ, 2008. 240 с.

2. Справочник. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Под общ. ред. проф., д-ра техн. наук А.В. Ферронской. М.: Изд-во ABC, 2004. 485 с.

3. Мирсаев Р.Н., Бабков В.В., Недосека И.В., Печенкина Т.В., Мирсаев, Р.Н. гипсовых стеновых изделий // Строительные мате-риалы. 2008. № 3. С. 78-80.

4. Коровяков В.Ф, Бурьянов А.Ф. Науч-но-технические предпосылки эффективного использования гипсовых материалов в строительстве // Жилищное строительство. 2015. № 12. С. 38- 40.

5. Гончаров Ю.А., Дубровина Г.Г., Губская А.Г., Бурьянов А.Ф. Гипсовые материалы и изделия нового поколения. Оценка энергоэффективности. Минск: Колоград, 2016. 336 с.

6. Гордина А.Ф., Яковлев Г.И., Полянских И.С. [и др.] Гипсовые композиции с комплексными модификаторами структуры // Строительные материалы. 2016. № 1-2. С. 90-95.

7. Бабков В.В., Латыпов В.М., Ломакина Л.Н., Шигапов Р.И. Модифицированные гипсовые вяжущие повышенной водостойкости и гипсокерамзитобетонные стеновые блоки для малоэтажного жилищного строительства на их основе // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 4-7.

8. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород. М.: Изд. АСВ, 2006. 526 с.

9. Потапов В.В., Сердан А.А. Осаждение кремнезема из гидротермального теплоносителя электрокоагуляцией // Химическая технология. 2002. № 9. С. 2-9.

10. Дребезгова М.Ю. Особенности микростроения затвердевшего КГВ с многокомпонентными минеральными добавками // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. №12. С. 136-140.

11. Lesovik V.S., Tschernyschova N.W., Drebezova M.Y. Нанодиспресное кремне-ёмсодержащее сырьё для повышения эффективности быстротвердеющих композиционных вяжущих (Nanodisperse kiesel säure haltige Rohstoffe zur Verbesserung der Effizienz schneller härten der Bindemittel mischungen) // 2. Weimar Gypsum Conference.Weimar, 26-27 März, 2014. P. 259-266.

12. Чернышева Н.В., Лесовик В.С., Дребезгова М.Ю. Водостойкие гипсовые композиционные материалы с применением техногенного сырья. Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. 321 с.

13. Дребезгова М.Ю., Чернышева Н.В., Шаталова С.В. Композиционное гипсовое вяжущее с многокомпонентными минеральными добавками разного генезиса // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. №10. С.27-34.


Войти или Создать
* Забыли пароль?