Влияние содержания ДГШ и золы на подвижность бетона со средним классом прочности

Улучшение характеристик бетона со средним классом прочности требует применения СП. Соотношение СП и минеральных добавок влияет на текучесть комбинированной системы на основе цемента и определяет подвижность бетона. В этом разделе приводятся результаты исследования составов бетонов, содержащих два вида минеральных добавок - ДГШ и золу, в зависимости от их тонкости помола, дозировки, формы частиц и других факторов, влияющих на эффективность используемых СП.

Для выявления влияния тонкости помола минеральных добавок на эффективность СП были изготовлены бетонные образцы, в которых 30% портландцемента Q (Р.О 42.5) было заменено шлаком S1, S2 или S3 (удельная поверхность, соответственно, 350, 450, 550 м2/кг) или золой F2, F1, FO (удельная поверхность, соответственно, 320, 400, 500 м2/кг). Составы исследуемых бетонов (W1, W2, W3, и Y2, Y1, Y0) приведены в табл. 12.4.


Из анализа результатов, представленных на графике 12.17 видно, что насыщенная дозировка СП BW и SM для цементов W1, W2, и W3 составляет около 1,2 %; СП BW для цементов Y2, Y1 и Y0 - около 0,9 %; СП SM для цементов Y2, Y1, Y0 - около 0,8 %. Следовательно, тонкость помола шлака не оказывает существенного воздействия на насыщенную дозировку СП BW и SM, хотя и приводит к снижению данного параметра.

Влияние тонкости помола минеральных добавок на подвижность раствора и ее потерю показано на рис 12.18 и 12.19 (рекомендуемая дозировка СП BW и SM составляет 0,75%).

Из анализа рис. 12.18 видно, что при использовании СП BW и SM происходит повышение подвижности раствора происходит с увеличением удельной поверхности шлака. В то же время, потеря подвижности снижается с увеличением удельной поверхности шлака, т.е. введение шлака с высокой удельной поверхностью улучшает стабильность подвижности раствора.
Результаты влияния удельной поверхности золы на подвижность раствора и ее потерю через 1 час (рис. 12.19) отличаются отданных, полученных для ДГШ. Самой высокой подвижностью при введении СП BW и SM обладает состав Y1, наименьшей - Y2. Наибольшие потери подвижности цементного теста наблюдаются для состава Y0, наименьшие - для Y1, что, очевидно, связано, с наибольшим разрушением частиц золы при измельчении их до удельной поверхности 500 кг/м2.
Частицы золы представляют собой пористый гранулированный материал, покрытый сверху плотным стекловидным слоем; при нарушении в процессе измельчения стекловидного тела, повышается водопоглощение данной минеральной добавки, что снижает подвижность раствора и его сохранность с течением времени.

В целом, введение золы уменьшает насыщенную дозировку СП, а введение шлака и изменение удельной поверхности шлака и золы - не оказывают существенного воздействия на данный параметр; при рекомендуемой дозировке СП увеличение удельной поверхности шлака и золы позволяет повысить подвижность раствора, а также снизить ее потери.

Для выявления эффективности СП была исследована совместимость между СП BW и SM с шестью вяжущими, содержащими 10, 30, 50% шлака или 10. 20, 30% золы взамен цемента. Влияние минеральных добавок на насыщенную дозировку СП показано на рис. 12.20.

Из анализа графиков выявлено, что при трехуровневой дозировке шлака (10, 30 и 50%) насыщенная дозировка СП BW и SM составляет около 1,2%: при трехуровневой дозировке золы (10, 20 и 30%) - около 0,9% для BW и 0.8% для SM, т.е. содержание шлака и золы не оказывает значительного воздействия на насыщенную дозировку СП BW и SM.
Результаты испытаний влияния содержания минеральных добавок на подвижность раствора и сохранность через I ч. представлены на рис. 12.21.

При введении СП BW и SM с увеличением дозировки шлака (удельная поверхность 350 м2/кг) и золы (удельная поверхность 320 м2/кг) подвижность цементного теста повышается, а потери подвижности - снижается.
По результатам, изложенным в этом разделе, можно сделать следующие выводы: изменение дозировки минеральных добавок не оказывает существенного воздействия на насыщенную дозировку СП; однако, с увеличением содержания шлака и золы при рекомендованной дозировке СП подвижность цементного теста значительно увеличивается, а потери подвижности - снижаются.

Известно, что чем частицы минеральных добавок в растворе более близки к сферической форме, тем легче возникают эффекты вращения и качения; поэтому, чем выше сферичность частиц, тем меньше водопотребность смеси.
Микрофотографии частиц шлака и золы, представленные на рисунке 12.22, получены с помощью растрового микроскопа JSM-35C с увеличением в 1000 раз. Для подготовки образцов для съемки в минеральные добавки (шлаки S1 и S3, зола F1) добавляли определенное количество безводного спирта, смесь подвергали колебаниям и сразу помещали каплю раствора на предметное стекло. После высушивания, помещали стекло в вакуумную машину для нанесения покрытий (DMX-220A) и покрывали в парах золотой пленкой толщиной около 10 А.

Из анализа микроснимков, представленных на рис. 12.22 видно, что форма частиц шлака S1 (а) угловатая, неправильной формы; молотые частицы шлака S3 (b) значительно менее угловатые, неправильной формы (см. рис. b), что и приводит к повышению подвижности раствора. Форма основной массы частиц золы сферическая, а структура поверхности после плавления при высокой температуре очень плотная и гладкая, что позволяет значительно повысить подвижность цементного теста.
Вязкость является физической величиной, характеризующей силу сопротивления жидкости или внутреннюю силу трения. Чем форма частиц порошка ближе к сферической (при постоянном В/Ввяж отношении), тем вязкость меньше. Для изучения влияния формы частиц шлака и золы на подвижность цементного теста были проведены исследования вязкости цементного теста (В/Ввяж. отношение составляло 0.8; дозировка СП BW - 0.3% от массы цемента).

На основе проведенных исследований установлено, то введение ишака повышает вязкость цементного теста, которая увеличивается с повышением содержания шлака; введение золы приводит к уменьшению вязкости цементного теста, вязкость цементного теста с увеличением дозировки золы еще больше снижается. Полученные результаты отражают влияние формы частиц минеральных добавок на подвижность цементного теста.
В целом, форма частиц минеральных добавок значительно влияет на подвижность цементного теста. Чем ближе форма частиц к сферической, тем легче возникают эффекты вращения и качения, и тем подвижность цементного теста выше.

Из анализа полученных выше результатов выявлено, что введение шлака и золы значительно улучшает совместимость цемента с СП, что, в основном, объясняется тремя следующими причинами:
1. Влияние минеральных добавок на процесс адсорбции СП на поверхности цементных частиц
Для выявления влияния минеральных добавок на процесс адсорбции СП BW и SM на поверхности цементных частиц было исследовано три вида вяжущих; Q - портландцемент без минеральных добавок, W3 - (Q + 30% шлака S3), Y1 - (Q+30% золы F1). Водоцементное отношение составляло 5:1, концентрация СП -2 г/л, дозировка СП - 1 % в зависимости от массы цемента.
Количество адсорбированных СП BW и SM в зависимости от вида цемента представлено в таблице 12.5. Из представленных данных видно, что введение шлака или золы снижает адсорбцию СП. На первый взгляд кажется, что между этими данными и теорией адсорбции СП (чем выше адсорбция СП на цементной поверхности, тем лучше подвижность цементного теста) существует определенное «противоречие».

На основе анализа данных табл. 12.6 выявлено, что значение адсорбции СП BW и SM при замене части цемента шлаком или золой ниже, чем для цемента Q. Таким образом, введение шлака и золы при определенной дозировке СП способствует повышению диспергирования частиц цементного клинкера.т.е. увеличение количества адсорбции СП на единицу частиц цементного клинкера повышает подвижность раствора.

2. Влияние минеральных добавок на е-потенциал поверхности частиц цемента в цементном тесте
Величина силы отталкивания между частицами цемента выражается абсолютным значением е-потенциала, е-потенциал поверхности частиц цемента в присутствии СП и минеральных добавок (шлак и зола) определяли с помощью потенциометра компании BROOKHAVEN (США). В/Ввяж. отношение составляло 0.5, концентрация СП - 4 г/л. После введения СП, смесь перемешивалась в течение 5 минут. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 12.7 и 12.8.
Из анализа данных таблиц выявлено, что с повышением удельной поверхности и дозировки минеральных добавок увеличивается абсолютное значение е-потенциала поверхности частиц цемента в цементном тесте после введения СП. Следовательно, взаимная сила отталкивания между частицами цемента увеличивается, что является основной причиной увеличения подвижности цементного теста.

3. Влияние минеральных добавок на пористость между частицами цемента
Воду, содержащуюся в цементном тесте, разделяют на три вида:
(1) воду, находящуюся в порах между частицами цемента;
(2) воду поверхностного слоя, образующую на поверхности частиц цемента слой пленки достаточной толщины:
(3) свободную воду, получаемую вычитанием количества связанной воды и воды поверхностного слоя из фактически введенной.
Очевидно, что чем больше свободной воды, тем выше подвижность раствора.
Введение СП позволяет уменьшить воду в поверхностном слое цементных частиц; пленка, возникающая на поверхности при гидратации, становится тоньше, объем свободной воды становится больше. Однако таким способом невозможно снизить объем воды, находящийся между частицами цемента; для снижения его объема необходимо уменьшить пористость между частицами цемента. Схема расположения частиц цементного теста показана на рис. 12.24.
Однако фактически достаточно трудно определить пористость, так как при совмещении цемента и воды происходит реакция гидратации с образованием новых продуктов, которые занимают определенный объем. Часть воды, находящейся между частицами цемента в системе «цемент - вода», не только расходуется в процессе реакции гидратации, но и испаряется при высушивании цементного раствора, что приводит к образованию пор в цементном камне. Поэтому целесообразно оценить изменение пористости цементного камня при введении минеральных добавок.

Экспериментальные исследования проводились на следующих пяти составах: бездобавочный портландцемент Q и четыре вяжущих W1, W3, Y1, Y0 (см. табл. 12.4), содержащих минеральные добавки. После твердения в течение 3 суток, определяли пористость цементного камня, используя прибор Micromeritics AutoPore (тип III, США). Для того, чтобы результаты были ближе к фактическим, вводилось по 0,5% СП СНФ от массы цемента для уменьшения В/Ввяж. отношения. Результаты проведенных исследований показаны на рис. 12.25.

Из анализа рис. 12.25 выявлено: пористость для цемента W1, содержащего шлак S1 с удельной го верхи остью 350 м2/кг, немного выше, чем для цементов W3, Y1 и Y0; пористость цемента YO самая низкая, меньше, чем для состава Q примерно на 28.15%, т.е. введение минеральных добавок в данном случае позволяет значительно снизить объем воды, находящейся в порах между частицами цемента, что и приводит к снижению водопотребности: данный эффект с увеличением удельной поверхности повышается.
В целом, минеральные добавки играют «вспомогательную» роль для снижения водопотребности; причины воздействия следующие:
• эффект адсорбции - основан на воздействии минеральных добавок на адсорбцию СП на частицах цемента; этот эффект существенно зависит от вида и дозировки минеральных добавок;
• эффект сферических частиц - минеральные добавки с хорошей сферичностью частиц, для которых значительно легче проявляются эффекты вращения и качения, улучшают подвижность цементного теста; данный эффект наиболее ярко проявляется при введении в качестве минеральных добавок золы:
• эффект расположения частиц - введение минеральных добавок, особенно с более высокой удельной поверхностью, позволяет снизить объем пустот между частицами цемента.
Проявление сразу трех эффектов при использовании минеральных добавок дает дополнительную возможность для уменьшения водопотребности, причем эффект адсорбции среди трех вышеперечисленных эффектов является основным.