Влияние полифункциональной добавки на процесс твердения и свойства цементного бетона

В статье приведены результаты исследований, направленных на разработку новой полифункциональной добавки в бетон, обеспечивающей повышение темпа и уровня роста его прочности при снижении энергетических затрат на ускорение процесса твердения, как базы для снижения энергоемкости производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Экспериментально выявлено рациональное соотношение компонентов полифункциональной добавки от массы цемента: суперпластификатор на основе поликарбоксилатных смол (например, «Стахемент 2000» или «Реламикс ПК») ‒ 0,5 %, ультрадисперсный микрокремнезем (SiO₂) ‒ 1,0 %, сульфат натрия (Na₂SO₄), ускоритель твердения ‒ 0,5 %, сульфат алюминия (Al₂(SO₄)3), уплотняющий структуру добавки, ‒ 0,25 %. Перечисленные компоненты обеспечивают наибольший рост прочности цементного камня и конструкционного тяжелого бетона. Результаты дериватографического и рентгенофазового анализов показывают, что рост прочности базируется на образовании мелкокристаллической формы низкоосновных кристаллогидратов силикатной группы CSH, дополняющей традиционно формирующиеся при реакции трех- и двухкальциевого силиката цемента с водой ‒ C₂SH, а также на увеличении количества новообразований за счет реакции Ca(OH)2 с аморфным SiO₂ и эттрингита 3CaO × Al₂O₃ × 3CaSO₄ × 32H₂O, образующегося за счет реакций с алюминатами цемента вещества ускоряюще-уплотняющего компонента добавки, что в совокупности обеспечивает рост плотности и прочности цементного камня. В бетоне эффект дополняется упрочнением зоны контакта поверхности заполнителя с цементным камнем за счет реакции между Ca(OH)₂ и SiO₂. Эти эффекты подтверждены ростом (до 38 %) химически связанной цементом воды в присутствии полифункциональной добавки в пробах цементного камня, характеризовавшегося наибольшей прочностью. С использованием стандартизованных методик испытаний экспериментально подтверждена эффективность полифункциональной добавки, выразившаяся в росте качественных характеристик и свойств конструкционного тяжелого бетона: прочности на сжатие – до 40–60 %, в растяжении при изгибе – до 15, снижении усадки – до 50 % и водопоглощении – в 1,5–2 раза, росте морозостойкости с марки F250 до F500, водонепроницаемости с W6–W8 до W20.

1. Гуриненко, Н. С. Основы эффективности ультрадисперсного микрокремнезема в цементном бетоне / Н. С. Гуриненко, Э. И. Батяновский // Проблемы современного строительства: сб. науч.-техн. статей, материалы науч.-техн. конф., Минск, 30 мая 2018 г. / Белор. нац. техн. ун-т; редкол.: В. Ф. Зверев [и др.]. Минск, 2018. Ч. 2. С. 256–264.

2. Гуриненко, Н. С. Об эффективности применения в цементном камне и бетоне полифункциональной добавки с ультрадисперсным микрокремнеземом / Н. С. Гуриненко, Э. И. Батяновский // Перспективные направления инновационного развития строительства и подготовки инженерных кадров: сб. науч. статей XXI Междунар. науч.-метод. семинара, Брест, 25–26 окт. 2018 г.: в 2 ч. / Брест. гос. техн. ун-т; редкол.: Н. Н. Шалобыта [и др.]. Брест, 2018. Ч. 2. С. 14–22.

3. Бибик, М. С. Оценка кинетики твердения цементного камня с использованием термодатчиков системы «Термохрон» / М. С. Бибик, В. В. Бабицкий // Строительная наука и техника. 2010. № 4. С. 23–26.

4. Тейлор, Х. Химия цемента. Пер. с англ. / Х. Тейлор. М: Мир, 1996. 500 с.

5. Чистяков, В. В. Интенсификация твердения бетона / В. В. Чистяков, Ю. М. Дорошенко, И. Г. Гранковский; под ред. А. А. Пащенко. Киев: Будiвельник, 1988. 118 с.

6. Каприелов, С. С. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива / С. С. Каприелов, В. Г. Батраков, А. В. Шейнфельд // Бетон и железобетон. 1999. № 6. – С. 6–10.

7. Effects of the Chemical Structure on the Properties of Poiycarboxylare-Type Superplasticizer / K. Yamada [et al.] // Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30, No 2. Р. 197–207. https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99)00230-6.

8. Калашников, В. И. Самоуплотняющийся высокопрочный бетон / В. И. Калашников // Современные бетоны: сб. тр. IХ Междунар. науч.-практ. конф., Запорожье, 1–3 июня 2007 г. / ООО «Будиндустрия ЛТД»; под общ. ред. А. В. Ушерова-Маршака [и др.]. Запорожье, 2007. С. 30–40.

9. Чернышов, Е. М. Модифицирование структуры цементного камня микрои наноразмерными частицами кремнезема / Е. М. Чернышов, Д. Н. Коротких // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI в. 2008. № 5. С. 30–32.

10. Батяновский, Э. И. Особенности технологии бетона прочностью 100–150 МПа с углеродными наноматериалами / Э. И. Батяновский, В. Д. Якимович, П. В. Рябчиков // Строительная наука и техника. 2012. № 2. С. 59–67.