ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И МЕХАНОАКТИВАЦИИ ЗАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ

УДК 691.322

Гаркави М.С., Хамидулина Д.Д., Миляев А.А., Лытнев О.В.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Платонов С.С.
ЗАО «Урал-Омега»  г. Магнитогорск

ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И МЕХАНОАКТИВАЦИИ ЗАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВВ условиях дефицита крупного заполнителя мелкозернистые цементные бетоны получают в последнее время все более широкое применение. Задачи повышения, в первую очередь, прочностных характеристик и плотности бетонов, а также снижение расхода вяжущего, до настоящего времени окончательно не решены и остаются актуальными.

Кроме того, известной проблемой предприятий по переработке горных пород является огромное скопление отсевов дробления (<10мм), имеющих невысокий спрос на рынке строительных материалов на сегодняшний день.

Использование подобных материалов требует тщательного изучения их свойств, в частности, изучение наиболее слабого звена – контактной зоны цементного камня с заполнителем в мелкозернистом бетоне. В связи с этим необходимо точно представлять, какое влияние оказывает заполнитель на структурообразование и свойства бетона.

Контактная зона имеет непосредственную связь с гранулометрическим составом и формой зерен заполнителя. При рассмотрении наиболее плотной упаковки зерен заполнителя на геометрических моделях, состоящих из однородных шаров, считается [1], что минимальное количество шаров в единице объема принадлежит кубической укладке шаров (Кзап=0,5236), а максимальное – ромбоэдрической (Кзап=0,7405) (рис.1). Другими словами, при изменении угла от 60 до 90о пустотность колеблется в пределах 0,4764 – 0,2595. Для шаров одинакового диаметра наиболее вероятная и устойчивая форма укладки – ромбоэдрическая.

Кубическая (а) и ромбоэдрическая (б) схемы плотной укладки шаров

Получение наиболее плотной упаковки достигается за счет использования фракционированных заполнителей. В данной работе использовались отсевы дробления, полученные на дробилке ДЦ и классифицированные на каскадно-гравитационном классификаторе КГ производства НПО «Урал-Центр».

Отсевы дробления были разделены на три фракции:

(5-2,5]; (2,5-0,63], (0,63-0,16] мм. Для начала определили оптимальный зерновой состав двухфракционной системы (рис. 2), который в дальнейшем принимается за одну фракцию. К этой фракции добавляется оставшаяся, третья, с шагом – 10%. В результате получаем смесь из трех указанных фракций с максимальной насыпной плотностью (рис. 3).

 Оптимальный двухфракционный состав

Оптимальный трехфракционный состав

В результате проведенных исследований установлен наиболее оптимальный состав заполнителя с максимальной насыпной плотностью:

— мелкой фракции (0,63-0,16мм) – 33%

— средней фракции (2,5-0,63мм) – 27%;

— крупной фракции (5-2,5мм) – 40%.

Полученный состав имеет насыпную плотность 1478 г/см3. Он достигается путем перераспределения частиц в объеме таким образом, что пустоты, создаваемые более крупными зернами, заполняются зернами меньшего размера (рис.4) [1].

 Схема заполнения пустот зернами эквивалентного диаметра

Получение оптимального зернового состава заполнителя приводит к повышению плотности бетона, его физико-механических характеристик. Кроме того, применение чистых обеспыленных фракционированных заполнителей способствует снижению расхода цемента, в среднем на 10% , без ухудшения качества готовых изделий [2].

Одним из способов увеличения прочности бетона является механоактивация (дробление щебня на песок). Механоактивация – одно из перспективных направлений в промышленности строительных материалов. Изменение поверхностной структуры частиц заполнителя, увеличение его удельной поверхности, образование физических дефектов — это только некоторые положительные моменты процессов механоактивации, способствующие повышению физико-механических свойств бетона, а также снижению расхода цемента, при неизменном качестве готовых изделий [5].

Механоактивацией является процесс образования новой поверхности, которая вступает в соприкосновение с внешней средой (газ, жидкость) [3]. В результате происходит переход пассивной (неактивной) поверхности как вяжущих, так и инертных материалов к химически активному состоянию, которое выражается в повышенной способности к реакциям в ходе последующих технологических операций [4].

Механоактивация проводилась в лаборатории ЗАО «Урал-Омега» с использованием дробилки ДЦ. Центробежно-ударное дробление приводит к возрастанию вновь образовавшейся поверхности, а, следовательно, к возрастанию поверхностной энергии, т.е. обеспечивает энергонапряженное состояние заполнителя.

Физико-механические показатели МЗБ в зависимости от промежутка времени приложения механоактивации до начала формования

Эффект механоактивации сохраняется в течение определенного промежутка времени после ее осуществления. Как следует из данных рис. 5, этот эффект сохраняется в течение короткого промежутка времени.

Существенным является то, что основной прирост прочности наблюдается у образцов, заформованных сразу после механоактивации заполнителя, за счет увеличения его удельной поверхности, активирования всех полезных потенциалов зерен и снижение прочности уже после истечения одного часа от приложения механоактивации заполнителя. Этот факт объясняется тем, что искусственный песок (щебень, подвергшийся дроблению до фракции (5-0)), представляет собой массу, каждая частица которой имеет поверхность, покрытую большим количеством дефектов, некоторые из которых в течение короткого промежутка времени самозалечиваются. Именно поэтому, прочность образцов, заформованных сразу после механоактивации заполнителя, почти в 2 раза больше.

Увеличение удельной поверхности инертных компонентов бетонной смеси, улучшение качества поверхности частиц путем удаления, разрушения неактивных пленок обуславливает увеличение их активности, и, как следствие, получение бетонов, имеющих повышенную прочность, особенно в начальные сроки твердения.

Библиографический список

1. Патуроев В.В. Полимербетоны / НИИ бетона и железобетона. – М.: Стройиздат, 1987. – 286с.
2. Хамидулина Д.Д., Гаркави М.С., Якубов В.И., Родин А.С., Кушка В.Н. Отсевы дробления – эффективный способ повышения качества бетонов // Строительные материалы.– 2006.- №11. – С. 50-51
3. http://www.ibeton.ru/articles.php
4. Коренюгина Н.В. Механоактивация, виброактивация в производстве строительных материалов http://www.tpribor.ru/aktiv. html
5. Гуляев В.Т., Кияткин Г.Н., Банник Е.М. Пути повышения прочности ячеистых бетонов http://opk.nnov.ru/page.zip