УДК 666.9(075.8)
Королев А.С., Крамар Л.Я., Лейдерман Л.П., Трофимов Б.Я.
Южно-Уральский государственный университет
В статье представлены экспериментальные данные по влиянию железооксидных пигментов, выпускаемых ЗАО «ЧелЖБИ-1», на свойства бетонных смесей и бетонов. Выявлено, что железооксидные пигменты, осажденные на микрокремнеземе, проявляют модифицирующие свойства и способствуют повышению прочности. Рассчитаны аппроксимирующие зависимости прочности декоративных бетонов от цементно-водного отношения.
Декоративные бетоны широко применяются для отделки фасадов зданий, лестничных деталей, полов, элементов мощения дорог и тротуаров. Наиболее распространенным приемом получения декоративных бетонов является введение минеральных пигментов в бетонную смесь при перемешивании компонентов на бетонных заводах. Чаще всего применяются железооксидные пигменты, которые характеризуются высокой красящей способностью, щелоче- и атмосферостойкостью. На Челябинском заводе ЖБИ-1 ЗАО «ЧелЖБИ-1» налажено производство минеральных железооксидных пигментов по осадочно-прокалочной технологии, при этом выпускаются чисто железооксидные пигменты красного, желтого, черного цветов и осажденные на микрокремнеземе красные и желтые.
Пигменты представляют собой тонкодисперсные порошки с размером частиц в пределах 0,5…2,0 мкм, повышающие водопотребность бетонной смеси. Пигменты, являясь микронаполнителями формирующейся структуры цементного камня и бетона, могут содержать компоненты, которые взаимодействуют с минералами цементного клинкера и продуктами их гидратации. Все это оказывает влияние на физико-механические свойства декоративного бетона.
На кафедре «Строительные материалы» Южно-Уральского государственного университета проведены исследования влияния пигментов ЗАО «ЧелЖБИ-1» чисто железооксидных и с микрокремнеземом на свойства бетона. Для сравнения использовались образцы бетона без пигментов и с пигментами германской фирмы «Байер».
В качестве вяжущего применялись наиболее распространенные цементы Коркинского заводы: ПЦ 400 Д-20 и ШПЦ 400, которые содержат одинаковую по химико-минералогическим характеристикам клинкерную часть и отличаются только количеством доменного гранулированного шлака – в портландцементе его содержание составляет 17…19 % по массе, а в шлакопортландцементе – 28…30 %. Мелкий заполнитель – природный кварцевый песок, характеризуется модулем крупности 2,1 и содержанием отмучиваемых примесей не более 2,4 %. Крупный заполнитель – гранодиоритовый щебень прочностью 1200, фракции 5…20 мм Новосмолинского карьера с содержанием пылевидных частиц 0,7…0,8 % по массе.
Для изготовления бетонных образцов принимались бетонные смеси с разным содержанием цемента (от 250 до 770 кг на 1 м3 бетонной смеси). Пигмены вводили в бетонные смеси от 3 до 20 % от массы цемента, поэтому интенсивность окраски бетона в значительной мере зависела от расхода цемента. При пониженных расходах цемента на декоративные свойства бетона большое влияние оказывают пылевидные примеси в заполнителях. Для сравнения свойств бетона с пигментами и без них изготавливали равноподвижные смеси, при этом выявлено, что введение пигментов ЗАО «ЧелЖБИ-1» требует большего количества воды затворения, в то время как байеровские пигменты не влияют на водопотребность бетонных смесей. Последние выпускаются для строительных целей гранулированными и, вероятно, при грануляции вводится для связки поверхностно-активное вещество типа ЛСТ, оказывающее пластифицирующее действие на бетонную смесь.
Образцы до испытаний твердели 3 и 28 суток в нормальных условиях как после тепловой обработки по режиму 2+3+6+2 при 80 оС, так и без нее.
При проведении эксперимента выявлено следующее изменение свойств бетонной смеси:
- введение пигментов ЗАО «ЧелЖБИ-1» в бетонную смесь приводит к снижению цементно-водного отношения и средней плотности бетонной смеси, причем пигменты на микрокремнеземе, имея повышенную водопотребность, вызывают большее снижение плотности бетонной смеси;
- с увеличением количества пигмента в жирных бетонных смесях отмечается большее понижение цементно-водного отношения и средней плотности;
- наибольшую водопотребность из всех пигментов имеет красный железооксидный, оказывающий наибольшее влияние на свойства бетонной смеси.
- железооксидные пигменты фирмы «Байер» снижают водопотребность бетонной смеси и повышают среднюю плотность или оставляют её неизменной при повышении удобоукладываемости;
- при введении пигментов фирмы «Байер» отмечается устойчивое повышение воздухововлечения бетонной смеси на 1…1,5 % по объёму, тогда как пигменты ЗАО «ЧелЖБИ-1» дают меньший и не стабильный эффект повышения воздухосодержания.
Влияние дозировки красного пигмента ЗАО «ЧелЖБИ-1» на прочность бетона на ПЦ 400 Д-20 в трехсуточном возрасте нормального твердения приведено в табл.1, а после тепловлажностной обработки – в табл.2.
Из приведенных данных следует, что отмеченное ранее повышение водопотребности бетонной смеси при введении пигмента, снижает цементно-водное отношение и прочность бетона. В трехсуточном возрасте нормального твердения наиболее значительное снижение прочности, достигающее 30 % для пигмента на микрокремнеземе и 42 % для красного железооксидного пигмента, наблюдается при максимальном значении исходного цементно-водного отношения.
Коэффициент увеличения прочности бетона при пропаривании (Ку = Rсж. проп./ Rсж. н.т.) имеет наибольшее значение для образцов без пигмента (2,36…2,46), введение же в бетон железооксидного пигмента снижает его до 1,58…2,08, а для образцов бетона с пигментами на микрокремнеземе преимущественно составляет 2,0…2,2. Это позволяет отметить большую эффективность и определенную структурообразующую роль пигмента на микрокремнеземе.
Прочностные характеристики образцов бетона с красными пигментами ЗАО «ЧелЖБИ-1» на ПЦ 400 Д-20 через 28 суток нормального твердения без пропарки и после тепловлажностной обработки приведены в табл.3.
Примечание к табл. 3: над чертой прочность нормально твердевших образцов, под чертой – прочность бетона образцов, прошедших тепловлажностную обработку.
Результаты испытания в марочном возрасте образцов декоративного бетона с различной дозировкой пигментов подтверждает полученные ранее выводы:
- увеличение дозировки пигмента вызывает снижение прочности при сжатии;
- применение пигментов, осажденных на микрокремнеземе, более эффективно, так как, несмотря на большую водопотребность они вызывают меньшее снижение прочности;
- бетоны с пониженными цементно-водными отношениями показывают меньшее снижение прочности под влиянием пигментов;
- бетоны после тепловлажностной обработки характеризуются интенсивным набором прочности. Коэффициент, равный отношению прочности пропаренных бетонных образцов к прочности образцов, твердевших без тепловой обработки после 28 суток выше для бетона с добавками пигментов, причем чисто железооксидные пигменты характеризуются большей скоростью набора прочности.
Влияние вида цемента на прочность декоративного бетона можно проследить на примере желтого пигмента (табл.4).
Выявлено, что прочность образцов бетона на шлакопортландцементе на 10…15 % меньше, чем на портландцементе, что характерно как для образцов нормального твердения, так и прошедших тепловлажностную обработку. Бетоны с желтым пигментом, осажденным на микрокремнеземе (в пигментах этого вида соотношение между пигментом и микрокремнеземом 1:1), характеризуются большей прочностью, чем при использовании железооксидного пигмента ЗАО «ЧелЖБИ-1».
Основное же влияние на прочность декоративного бетона оказывает величина исходного цементно-водного отношения, поэтому были рассчитаны аппроксимирующие зависимости прочности бетона в 28 суток от цементно-водного отношения. Наибольшая величина коэффициента корреляции получена для линейных зависимостей вида Rб = а + б(Ц/В), характеристика которых приведена в табл. 5.
ВЫВОДЫ
- Проведенные испытания выявили, что выпускаемые ЗАО «ЧелЖБИ-1» железооксидные пигменты повышают водопотребность бетонной смеси и снижают прочность бетона, поэтому их целесообразно применять с пластифицирующими добавками.
- Пигменты, осаждаемые на микрокремнеземе, характеризуются повышенной эффективностью благодаря пуццолановой реакции микрокремнезема, поэтому они дополнительно проявляют структурорегулирующие функции.
- Пропаренные образцы бетона, как правило, характеризуются более высокой прочностью по сравнению с прочностью нормально твердевших образцов, причем образцы с пигментами показывают более интенсивный рост прочности при длительной выдержке после тепловлажностной обработки.
- Рассчитаны аппроксимирующие зависимости, связывающие прочность декоративного бетона с цементно-водным отношением затворения, позволяющие повысить точность проектирования состава декоративных бетонов.
