Исследования различных аспектов применения дисперсных наполнителей цементов ведутся многие десятилетия. Эти материалы применялись обычно для снижения стоимости вяжущего, а также для улучшения других свойств цемента – снижения усадки, тепловыделения и т.д. В качестве дисперсных материалов могут использоваться измельченные отсевы дробления щебня [1, 2], измельченные отсевы дробления вторичного щебня [3], а также отходы рудообогащения, пыль газоочистки и другие дисперсные отходы промышленности [1]. Основным негативным фактором, сдерживающим применение инертных дисперсных наполнителей, является снижение прочности смешанного цемента при повышенных дозировках [1].

Опыт использования в производстве бетона одной из наиболее эффективных групп химических модификаторов бетона – суперпластификаторов показал, что применение этих добавок в бетонах средних и низших классов приводит к снижению расходов цемента ниже объёмов, обеспечивающих раздвижку цементным тестом зерен заполнителя. Особенно этот недостаток проявляется в случае введения суперпластификатора при его совместном помоле с цементом [4] или при введении добавки на дисперсном носителе [5]. Отмеченная особенность составов бетона с суперпластификатором позволяет эффективно использовать эту добавку только в высокопрочных или высокоподвижных бетонах. Для решения этой проблемы в бетоны вводится тонкий наполнитель, в качестве которого используют различные дисперсные минеральные добавки, что позволяет повысить удобоукладываемость бетонной смеси и долговечность бетона за счет уменьшения в нем количества макродефектов [6].

В настоящей работе исследовано влияние измельчённого отхода дробления доломитового щебня на свойства растворной составляющей бетона.

Методы и материалы

Исследования проводили на цементе ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Мордовцемент». Из портландцемента и каменной муки – тонкодисперсного отхода дробления доломитового щебня Саткинского месторождения c удельной поверхностью 310 м²/кг готовился смешанный цемент с различной долей замещения вяжущего.

В большинстве составов бетонов низких и средних классов отношение песка к цементу (П/Ц) составляло 1,8…2,1, в связи с чем исследования доломитового наполнителя проводились на растворной составляющей бетона с отношением П/Ц = 2. Смесь готовилась на смешанном вяжущем и песке Сурского месторождения с М_к = 1,52. В эксперименте готовились растворы с различным водоцементным отношением и содержанием каменной муки в смешанном цементе с суперпластификатором в виде раствора в количестве 0,5 % и 1 %, а также составы без добавки. После формования образцы в течение 24 часов хранились в полиэтиленовых пакетах, а затем, после извлечения из форм, в воде.

В качестве водоредуцирующей добавки в экспериментах был использован суперпластификтор Sika ViscoCrete 20HE, который относится к третьему поколению высокоэффективных суперпластификаторов. Эта добавки рекомендуется для производства пластичных и самоуплотняющихся бетонных смесей с высокой ранней прочностью.

В ходе исследования определялась консистенция растворной смеси по расплыву на встряхивающем столике, прочность в различные сроки и усадка раствора после высушивания при 105 °С.

Водоредуцирующая эффективность суперпластификатора в растворах характеризовалась показателем ВР, который рассчитывался по формуле ВР = 100×(ВЦ_к – ВЦ_п)/ВЦ_к, где ВЦ_к и ВЦ_п – водоцементное отношение растворных смесей без добавки и с добавкой при их равной консистенции.

В связи с тем, что подбор водоцементного отношения для получения равноподвижных смесей с различным содержанием пластификатора трудоёмкая задача, а также учитывая то, что зависимость между расплывом на встряхивающем столике D и водоцементным отношением имеет линейный характер, значения ВЦ_к и ВЦ_п рассчитывались по эмпирическим зависимостям D = f(ВЦ), которые находили по экспериментальным данным.

Результаты и обсуждение результатов

Введение в цемент дисперсного наполнителя приводит к незначительным изменениям водопотребности растворной смеси. Анализ результатов в таблице показывает, что при замене 28 % цемента каменной мукой водоцементное отношение в пластичных смесях можно снизить всего на 7 %. В остальных составах изменений водопотребности не отмечено.

Замена части цемента доломитовой мукой приводит к значительным изменениям свойств раствора. При замене 50 % цемента дисперсным наполнителем происходит снижение прочности в возрасте 3 суток в 2-6 раза, а в возрасте 28 суток – в 2-4 раза. При снижении В/Ц отношения негативное влияние каменной муки на прочность почти линейно уменьшается. В вязи с этим оправдано применение водоредуцирующей добавки. Эффективность исследованного суперпластификатора, как видно из графиков (рис. 1), построенных для смесей с расплывами на встряхивающем столике 270-280 мм, также зависит от содержания в цементе доломитовой муки.

Снижение прочности смешанного цемента может быть скомпенсировано за счёт применения водоредуцирующей добавки. Как видно из графиков, построенных для растворов с равной консистенцией (рис. 2), прочность бездобавочного состава – 30 МПа может быть достигнута при введении 0,5 % суперпластификатора при замещении 24 % цемента, а при дозировке добавки 1 % степень замещения может быть повышена до 33 %.

Введение дисперсного наполнителя в смешанный цемент значительно снижает усадочные деформации. При замене 50 % цемента значения усадки снижаются на 35-55 %, причём эффективность снижения этой характеристики за счёт введения наполнителя при повышении В/Ц линейно возрастает.

Таблица 1. Зависимость свойств растворов на смешанных цементах от их состава

Рисунок 1. Влияние степени наполнения цемента каменной мукой на водоредуцирующий эффект суперпластификатора при различной дозировке добавки

Рисунок 2. Влияние степени наполнения цемента каменной мукой на прочность при различной дозировке суперпластификатора

Заключение

Несмотря на положительное влияние доломитовой муки на усадочные деформации и очевидное снижение стоимости смешанного цемента, применение этого материала в составе цемента без водоредуцирующей добавки не целесообразно из-за негативного влияния наполнителя на прочность, которая может снизиться в несколько раз. Совместное применение доломитовой муки и суперпластификатора позволяет заменить в составе бетона или строительного раствора цемент без снижения прочности материала.