Морозостойкость геополимерного бетона
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ГЕОПОЛИМЕРНОГО БЕТОНА
Ерошкина Надежда Александровна1, Коровкин Марк Олимпиевич2, Тымчук Екатерина Ильинична3
- 1ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", к. т.н., инженер-исследователь 2ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", к. т.н., доцент 3ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", студент
Аннотация
Морозостойкость бетон гранитный дробление
Приведен анализ факторов, определяющих морозостойкость бетонов на основе геополимерных вяжущих. Показано, что бетоны на основе геополимерного вяжущего на базе измельченного отсева дробления гранитного щебня с добавкой шлака имеют морозостойкость достаточную для производства подавляющей части бетонных и железобетонных конструкций.
Ключевые слова: бетон, геополимер, морозосолестойкость, морозостойкость, отсев дробления щебня
Морозостойкость - одна из наиболее значимых характеристик бетона, обусловливающих его долговечность. Для большей части территории России, Северной Европы, США и Канады морозное разрушение является основной причиной потери работоспособности строительных материалов, эксплуатирующихся в наружных частях зданий и сооружений. Однако вопрос морозостойкости геополимерных бетонов в научной литературе освещен недостаточно. Это связано с тем, что большая часть исследований геополимерных бетонов ведется в странах с мягким климатом, таких, как Австралия, Индия, Индонезия, Китай.
Существуют различные теории, объясняющие деструкцию насыщенных водой строительных материалов при попеременном замораживании и оттаивании. Одной из важнейших причин, вызывающей разрушение строительного материала при таком воздействии окружающей среды, является давление на стенки пор, которые возникли за счет снижения плотности образующегося льда, а также воды при снижении температуры ниже 4 єС. Образование льда в порах приводит к снижению проницаемости строительного материала и повышению гидростатического давления в порах, что наряду с давлением льда создает дополнительные напряжения в структуре.
Циклическое замораживание и оттаивание приводит к накоплению усталостных дефектов структуры бетона и к его разрушению. На интенсивность разрушения влияет не только температура, но и скорость ее изменения. При быстром замораживании и оттаивании интенсивность деградации структуры материала повышается. В связи с этим сначала происходит разрушение поверхностей материала, а затем развивается деструкция во всем объеме материала.
При насыщении бетона противогололедными растворами, снижающими температуру замерзания воды, интенсивность морозного разрушении возрастает в несколько раз, причем деструкция ускоряется не только при использовании в качестве антифризов растворов хлоридов или сульфатов, которые могут вызывать процессы химической коррозии цементного камня. Морозное разрушение материала интенсифицируется даже при его насыщении растворами инертных по отношению к вяжущему веществ, например глицерина.
По поводу причин снижения морозостойкости при использовании противогололедных реагентов в настоящее время нет единого мнения. Наиболее вероятной причиной считается полное насыщение материала жидкостью при снижении температуры ее замерзания и, соответственно, увеличения суммарного давления льда.
Более интенсивное морозное разрушение строительных материалов при их насыщении раствором соли учитывается при определении морозостойкости. Для дорожных бетонов, которые в зимний период могут обрабатываться противогололедными реагентами, морозостойкость определяется после их насыщения 5 %-м раствором хлорида натрия.
Морозостойкость зависит в основном от структуры пор материала, которая определяет его водопоглощение и соответственно количество образовавшегося в порах льда. Характер пор оказывает большое влияние на морозостойкость материала.
Сферические поры, условно замкнутые поры, образовавшиеся за счет вовлечения воздуха при перемешивании сырьевой смеси, практически никогда не заполняются водой полностью, в них остаются воздушные "карманы", которые служат резервными объемами для расширяющегося льда в процессе замораживания воды. Вода в порах геля, имеющих наноразмерный уровень, практически никогда не замерзает.
Имеющиеся данные [1-3] о свойствах геополимерных бетонов свидетельствуют о достаточно высокой морозостойкости этих материалов. Для использования геополимеров в России и других странах с холодным климатом необходимо выявление закономерностей, определяющих их морозостойкость. На начальных этапах исследований можно использовать зависимости, установленные для портландцементных бетонов.
Морозостойкость бетона может быть повышена двумя различными способами:
1) повышение плотности бетона, уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды, например, за счет снижения водовяжущих отношений, применения добавок, гидрофобизирующих стенки пор, или кольматации пор пропиткой
Специальными составами;
2) создание в бетоне с помощью специальных
Воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор (более 20% от объема замерзающей воды), не заполняемых при обычном водонасыщении бетона, но доступных для проникновения воды под давлением, возникающим при ее замерзании.
Эффективным способом повышения морозостойкости цементного бетона считается применение воздухововлекающих добавок, благодаря которым при перемешивании бетонной смеси в ней образуются поры сферической формы. Для получения высокой морозостойкости необходимо обеспечить расстояние между такими порами не более 0,0025 мм [4]. Это достигается за счет оптимального объема воздухововлечения (4-6 %) и уменьшения размера пор.
Установлено [3], что геополимерное вяжущее на основе метакаолина характеризуется высокой усадкой, которая является причиной образования трещин в материале, вызывающих снижение его прочности и морозостойкости. Введение оптимального количества (74-78 %) измельченного песка в состав вяжущего снижает объем открытых пор и повышает морозостойкость геополимера. При введении в геополимер наполнителя свыше оптимального количества наблюдалось увеличение пористости и снижение морозостойкости (рис. 1).
Рис. 1. Влияние степени наполнения вяжущего на его морозостойкость [3]
Исследования [2] показали, что геополимерный бетон на основе золы класса F имеет морозостойкость 150 циклов. По мнению авторов [1], этого достаточно для применения геополимерных бетонов.
В работе [4] отмечается, что геополимерные бетоны на основе золы-уноса имеют достаточно высокую морозостойкость, однако морозосолестойкость таких бетонов не высока. При введении в состав этих бетонов добавки гранулированного шлака морозостойкость несколько снизилась, однако отмечено повышение морозосолестойкости.
Нами были проведены исследования морозостойкости геополимерного бетона на основе отсева дробления гранитного щебня [5]. Расход измельченной до удельной поверхности 320 м2/кг магматической горной породы - отсева дробления гранитного щебня Павловского месторождения составлял 345 кг/м3. В состав бетона вводилось 115 кг/м3 модифицирующей добавки - доменного гранулированного шлака, измельченного до удельной поверхности 350 м2/кг. Активация твердения вяжущего осуществлялась раствором жидкого стекла с силикатным модулем 1,4. Расход активатора составлял 110 кг/м3. Через 28 суток твердения образцы этого бетона в нормальных условиях были испытаны по второму методу в соответствии с ГОСТ 10060-2012.
Потери массы после 10 циклов замораживания-оттаивания стабилизировались и достигли 0,1 % (рис. 2). Образцы выдержали 200 циклов без значительных потерь массы, однако после 204-го цикла началось быстро нарастающее шелушение (рис.3).
Испытания были прекращены после 209-го цикла, затем была определена прочность образцов, которая составила 37,7 МПа, что на 4 % выше прочности контрольного состава.
Рис. 2. Средние значения потерь массы геополимерного бетона в процессе его испытания на морозостойкость
Рис. 3. Внешний вид образцов после 206 циклов замораживания-оттаивания
Результаты испытания геополимерного бетона, изготовленного с использованием вяжущего на основе измельченного отсева гранитного щебня, показали, что этот бетон имеет марку по морозостойкости F2 200. Такой морозостойкости достаточно для применения геополимерного бетона в дорожном строительстве многих климатических районов России. Морозостойкость для дорожных бетонов F2 200 соответствует морозостойкости F1 600 для бетонов общестроительного назначения, что удовлетворяет требованиям, предъявляемых к подавляющей части бетонных и железобетонных конструкций.
Библиографический список
- 1. Geopolymers structure, processing, properties and industrial applications / Ed. J. L. Provis, J. S. J. van Deventer // Woodhead Publishing, 2009. - 464 р. 2. Љkvбra F. Jнlek T., Kopeckэ L. Geopolymer materials based on fly ash // Ceramics ? Silikбty. 2005. Vol. 49 (3). - P. 195-204. 3. Steinerova M. Mechanical properties of geopolymer mortars in relation to their porous structure // Ceramics - Silikбty. 2011. N 55 (4). - P. 362-372. 4. Вайль М., Бухвальд А., Домброский-Даубе К. Экологоэкономический анализ геополимерных бетонных смесей для ограждающих конструкций // Бетонный завод. 2012 № 2. - С. 34-42. 5. Ерошкина Н. А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 128 с.
Похожие статьи
-
Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона
Оценка риска щелочной коррозии геополимерного бетона Для активации твердения геополимерных вяжущих используются щелочные растворы при концентрациях...
-
Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно...
-
Исследование кремнистых пород для производства ячеистого бетона
В статье рассматриваются результаты исследования материалов ячеистой структуры на основе опоки и диатомита. Установлено, что на основе опоки и жидкого...
-
Бетономешалка - это один из обязательных атрибутов любой строительной площадки, который помогает частично автоматизировать процессы приготовления...
-
Назначение опалубки Большую часть объема монолитного бетона и железобетона применяют для возведения конструкций нулевого цикла и только 20...25%...
-
Литой бетон -- порошкообразное вещество на основе цемента, песка и пластификаторов. К литым самоуплотняющимся бетонным смесям относятся смеси, не имеющие...
-
Свойства бетона - Основные сведения о бетоне
Самым важным свойством бетона является его прочность, т. е. способность сопротивляться внешним силам не разрушаясь. Как и природный камень, бетон лучше...
-
Исследование свойств и технологий многокомпонентных цементов проводились в 30-х, а затем в 50-х годах. Были разработаны составы вяжущих, позволяющие...
-
История возникновения бетона. Виды бетонных смесей Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко вглубь...
-
Расчет составов легких бетонов направлен на предварительное определение расходов входящих в них компонентов, обеспечивающих при заданных условиях...
-
Характеристика применяемых материалов При выполнении исследования для сопоставления результатов при определении свойств бетонных смесей и бетонов в...
-
Основные процессы производства тяжелого бетона Производство тяжелых бетонов Пропорции для производства тяжелого бетона могут отличаться друг от друга в...
-
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ - Характеристика технологии легких бетонов
Рациональный выбор исходных материалов является важным фактором обеспечения требуемых технических, технологических и экономических характеристик бетона....
-
ВВЕДЕНИЕ - Технология производства тяжелого бетона
Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения специально приготовленной смеси, состоящий из вяжущего материала, крупного и...
-
Результатом выполненных авторами за 12 лет (1995-2006) теоретических исследований и прикладных работ стало создание комплексной инновационной технологии...
-
Основные характеристики пенобетона - Ячеистые бетоны
Неавтоклавный пенобетон наряду с высокими тепло - и звукоизоляционными свойствами имеет низкие коэффициенты усадки и водопоглощения, обладает высокой...
-
Классификация - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Ячеистый бетон классифицируется по способу получения пористой структуры на газобетоны и пенобетоны. Получение пористой структуры возможно также путем...
-
Заключение - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Неавтоклавный пенобетон, по сравнению с автоклавным пено - или газобетоном, позволяет резко снизить затраты на утепление стен и крыш домов и значительно...
-
Ячеистые теплоизоляционные бетоны. Общие характеристики - Ячеистые бетоны
Ячеистые бетоны классифицируются в первую очередь по способу получения пористой структуры на газобетоны и пенобетоны. Получение пористой структуры...
-
Виды бетонов их свойства, Свойства бетонов и основные термины - Развитие технологии тяжелого бетона
Свойства бетонов и основные термины Бетон - это искусственный камневидный строительный материал, получаемый в результате затвердевания предварительно...
-
В связи с появлением новых опалубочных конструкций, материалов и оборудования, а также существенного изменения стоимости потребляемых ресурсов, возникла...
-
Общее понятие и история бетона Бетон (от фр. beton) -- искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания...
-
Порядок выполнения работы, Пример расчета состава бетона - Расчет состава тяжелого бетона
1. На лабораторном занятии студенты изучают теоретические предпосылки и этапы расчета состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов. 2. Каждый...
-
За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с...
-
Технология использования бетонных смесей в зимнее время Достаточно суровый климат в России и странах ближнего зарубежья, и продолжительный период...
-
Композиты и бетон - Композиционные материалы
Композиционный строительство бетон матрица Преимущества композиционных материалов хорошо проявляются при армировании бетона и строительстве. Недорогой и...
-
Бетоны с активными минеральными добавками - Виды бетона
В технологии бетона все шире применяют активные минеральные компоненты (активные наполнители) для экономии цемента и улучшения ряда...
-
Заключение - Технология производства тяжелого бетона
Бетоны объемным весом 1800 - 2500 кг/мЗ относятся к группе тяжелых бетонов, отличающихся высокой пористостью. Если речь зашла о свойствах бетонов, нельзя...
-
Область применения тяжелого бетона широка: это и строительство шлюзов, и облицовка водопроводных каналов, и возведение коттеджей. Такая популярность...
-
Основные технико-экономические показатели тяжелого бетона - Технология производства тяжелого бетона
Экономический эффект, достигаемый при применении высокопрочного бетона, заключается в том, что при более высокой стоимости данного материала по сравнению...
-
Свойства мелкозернистых бетонов, полученных при отрицательных температурах
Применение быстротвердеющих цементов, а также бетонов с большими добавками солей, обеспечивающих организацию работ при отрицательных температурах,...
-
Модификация "тощего" бетона для устройства оснований дорожной одежды в северных регионах с целью улучшения технических характеристик Даваасенгэ Сардана...
-
Сырьевые материалы - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо - и паносиликат) автоклавного твердения...
-
Основные свойства продукции - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Прочность и плотность являются главными показателями качества ячеистого бетона. Плотность, колеблющаяся от 300 до 1200 кг/м^3, косвенно характеризует...
-
Бетоны с активными минеральными добавками - Виды бетонов
В технологии бетона все шире применяют активные минеральные компоненты (активные наполнители) для экономии цемента и улучшения ряда...
-
Введение, Историческая справка - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Ячеистыми бетонами и силикатами называют искусственные каменные материалы, состоящие из затвердевшего вяжущего вещества (или смеси вяжущего и...
-
Вспучивание массы: особенности процесса; факторы влияния. Легкие бетоны относят к наиболее распространенным материалам для изготовления несущих,...
-
Виды готовой продукции, ее назначение и области применения Несмотря на достаточно простой состав, тяжелый бетон имеет свою классификацию. В зависимости...
-
Способы производства или добычи сырьевых материалов - Технология производства тяжелого бетона
Рассмотрим первый этап в производстве портландцемента. Он заключается в добыче и доставке известняковых пород, используемых для изготовления клинкера,...
-
Классификация бетона - Газобетон и пенобетон: сравнение двух строительных материалов
Бетоны классифицируются по следующим признакам: - основное назначение; - стойкость к видам коррозии; - вид вяжущего; - вид заполнителей; - структура; -...
Морозостойкость геополимерного бетона