FEATURES OF CEMENT COMPOSITIONS AFTER ACTIVATION

Кривчун С.А.¹, Баженова С.И.²

¹Аспирант; ²кандидат технических наук, доцент, Московский государственный строительный университет

ОСОБЕННОСТИ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ПОСЛЕ АКТИВАЦИИ

Аннотация

Данная статья посвящена анализу существующих методов повышения физико-механических характеристик мелкозернистых бетонов на примере активации компонентов. Показаны и обоснована актуальность, практическая значимость способов активации различных компонентов бетонной смеси как по отдельности, так и в смеси.

Ключевые слова: вяжущие, активация, бетон, самоуплотняющийся бетон, мелкозернистый бетон.

Krivchun S.A.¹, Bazhenova S.I.²

¹ Postgraduate student; ² Candidate of Technical Sciences, Moscow State University of Civil Engineering

FEATURES OF CEMENT COMPOSITIONS AFTER ACTIVATION

Abstract

This article gives a theoretical analysis of existing methods for improvement physicomechanical characteristics of fine-grained concrete on the example of activation of components. Relevance, the practical significance of ways to activate the various components of a concrete mix either individually, or as in a mixture are shown and is proved.

Keywords: astringent, activation, concrete, self compacting concrete, fine-grained concrete.

Одной из самых трудоемких и энергозатратных областей строительной отрасли, где применяются вяжущие, является производство бетонных изделий и конструкций. В связи с чем, немаловажной задачей в строительном материаловедении является создание эффективных способов получения материалов с заданными свойствами. В первую очередь речь идет об улучшении структуры материалов, повышении эксплуатационных характеристик, увеличение важнейших параметров для конструктивных материалов:  прочности (несущей способности) - основного параметра для бетона; улучшении удобоукладываемости (подвижности); уменьшение усадки и ползучести; снижение удельных расходов вяжущего и т.п.

Но лишь путем введения химических добавок изменять свойства бетонов в широких пределах довольно сложно, к тому же добавки являются весьма дорогостоящим компонентом. Другим направлением в совершенствовании структуры бетонных композиций являются методы активации компонентов бетонной смеси или их составляющих. На данный момент существует достаточно большое количество таких методов. [1]

Сам процесс активации представляет собой целенаправленное изменение свойств материала или его компонентов при помощи физического, механического, химического или комбинированного видов воздействия.  В отношении сыпучих компонентов применяют методы помола (домола) или дробления соответственно в мельницах, грохотах и дробилках. Вследствие этого удается увеличить удельную поверхность конечного материала. Активацию жидких компонентов вызывают как механообработкой, омагничиванием, ультразвуковой обработкой, так и прочими видами воздействия. Стоит обратить внимание, что активировать допустимо все составляющие композиционного материала: композиционное вяжущее, заполнитель, наполнитель (комплексные минеральные добавки), воду - так как процесс активации решает конкретно поставленную задачу. [1,2]

Рассмотрим процесс активации в мелкозернистых бетонах, где максимальная крупность заполнителя не превышает 10 мм.

Активация воды проводится методами омагничивания, механической и механомагнитной активаций. С помощью роторно-импульсного (4242 об./мин, производительность роторно-импульсного аппарата – 1,4 м³/ч), с постоянным магнитом (напряженность магнитного поля – 140 мА/м) и конусного активаторов (5600 об./мин, производительностью – 0,6 м³/ч, диаметром верхней частиц конуса – 90 мм) удается получить прирост прочности цементного камня при сжатии на 16,9 %, при изгибе – на 43,9 % при использовании магнита и соответственно прирост в  13,8% на сжатие и 30,6% на изгиб без использования магнита по сравнению с контрольным образцом. Причем, использование роторно-импульсных активаторов дает в среднем на 5% выше прирост прочностных характеристик бетона, чем при конусных активаторах. Оптимальное время активации составляет 5 минут. При увеличении времени свыше 5 минут происходит существенно увеличение температуры воды и прочностные характеристики полученного в результате камня перестают возрастать. Кроме того, активация воды ускоряет начало схватывания на 4,8-4,9%. Помимо воды активации подвержены и водные растворы, растворов неорганических добавок. Например, CaCl₂ и Na₂S₂O₃. Среди большого спектра неорганиче­ских добавок именно активация данных дает наиболее существенные результаты. Анализ кинетики роста прочности цементного камня при активации растворов неорганических добавок показывает прирост прочности: в ранние сроки твердения (3 сут) –  6–10 %, в 28-суточном возрасте – 2–13 % по сравнению с контрольными образцами. [3]

Что же касается сухих компонентов бетонной смеси, то их активация возможна с использованием активаторов с кольцевой рабочей камерой (АКРК), скорость соударения частиц в вихревом потоке около 80 м/с. После чего рентгенофазовый анализ показывает, что степень гидратации проб из бетона на обработанном заполнителе составляет 84%, в то время как бетона на необработанном заполнителе - 73%. Предварительная обработка заполнителей приводит к повышению прочности на 19-23% и трещиностойкости на 16-17% бетонов, а также к снижению коэффициента водопоглощения (К) на 16-20% и «приведенного удлинения» при замораживании на 17-20%. [4]

Также возможно проводить механохимическую активацию золы. Для этого подходят планетарные мельницы, например ЛАИР-0,015 MI. Центробежный фактор составляет 45g, в качестве мелющих тел используются стальные шары размером 2-10 мм (соотношение массы измельчаемого вещества к массе шаров 1:30). При механохимической обработке из-за присутствия гипса происходит совместное влияние механического и химического факторов, что способствует увеличению пуццолановой активности кислых зол. Оптимальная длительность активации 3 мин. Более длительная активация не дает существенное увеличение активности. [5]

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что методы активации вносят существенный вклад в технологию производства высококачественных бетонов, позволяя получать бетонные смеси и растворы с улучшенными физико-механическими показателями. А в совокупности с методиками применения химических добавок и корректировкой композиционного вяжущего наполнителями позволяют в широких пределах изменять величины конечных эксплуатационных характеристик. Все вышесказанное  подтверждает  высокую практическую значимость рассмотренных методов улучшения структуры готового материала, как с позиции технологии, так и с экономической точек зрения.

Таким образом, активация является достаточно перспективным способом и хорошим рычагом для технологов в решении конкретных поставленных задач.