Связующее в бетоне: Связующее и добавки для бетона

Как изготавливают бетон, добавки к бетону, компоненты

Для составления исходной бетонной смеси требуется немного компонентов. Но именно в правильно отработанной технологии их применения и заключается долговечность и прочность бетона, который производится нашей компанией.

Из чего приготавливается высококачественная бетонная смесь

Основными компонентами бетона являются:


  • Связующие вещества – цемент, портландцемент, песок;


  • Заполняющие материалы – щебень, гравий;


  • Различные добавки, придающие материалу специфические свойства.

Связующие вещества отвечают за прочность и жёсткость, а заполняющие – за целостность и пластические свойства. Считается, что состав качественного бетона не должен быть слишком сложным, поскольку в этом случае затрудняется контроль за соблюдением технологии получения бетонной смеси.

Песок – основное связующее вещество. Он должен обладать минимальной влажностью и быть однородным по структуре. Оптимальнее всего использовать речной песок – его мелкокристаллическая структура характеризуется наилучшей смешиваемостью с цементом. Перед применением песок тщательно промывают. Недопустимо наличие глины, даже в малых количествах (до 0,5 %).

Заполняющие материалы не обеспечивают снижения усадки, а отвечают за наличие пустот в готовом бетоне и за их равномерность по объёму. Нормальным считается содержание воздуха от 7,5% — для крупных частиц заполнителя, и до 5,5% — для мелких. Наличие воздуха обязательно, поскольку улучшает обрабатываемость бетона.

Лучшие заполнители представляют собой твёрдые, прочные частицы с умеренной абсорбцией. Рыхлые, слабоцементированные песчаники характеризуются интенсивным водопоглощением, и для качественных бетонных смесей непригодны.

Особенностью всех заполняющих материалов является их несжимаемость. Следовательно, стабильности геометрических параметров изделия можно добиться лишь за счёт снижение доли цемента, а это снижает долговечность. Поэтому идут другим путём – тщательно просеивают щебень, добиваясь более однородного размера частиц. Общепринято, что максимальный размер частиц заполнителя не должен превышать 35…50 мм. В процессе приёмки щебня он пропускается через серию сит для распределения по размеру. Классическое соотношение должно составлять от 8% до 18% от общей совокупности на каждом стандартном сите. Хорошо сбалансированная смесь, с равномерным процентным содержанием всех фракций, может иметь меньше цемента и потому менее склонна к усадке.

Добавки в бетон и их назначение

Принята следующая классификация добавок к бетонным смесям:


  • Пластифицирующие, которые повышают предел прочности бетона на изгиб.


  • Колоризаторы, изменяющие/корректирующие цвет конечного изделия.


  • Заменители цемента, снижающие стоимость смеси.


  • Предназначенные для повышения укладываемости.


  • Предотвращающие расслаивание бетона в ходе периодического размораживания и оттаивания.

Пластификаторы регулируют вязкость и управляют процессом схватывания бетона. С их применением возможно снизить содержание воды до 30 %, при этом текучесть бетона не снижается. Это позволяет использовать пластификаторы преимущественно для железобетонов и комбинированных конструкций с внедрёнными деталями из других материалов. Наилучшие пластификаторы — поликарбоксилаты.

Цветокорректоры бетона – это вещества, способные не только окрасить формируемую бетонную поверхность, но и исключить изменение её цвета со временем. В качественных бетонных смесях для этих целей используют шлаки, метакаолин и кальцинированные сланцы. При этом метакаолин ещё и предотвращает выцветание.

Замедлители или ускорители используют тогда, когда требуется изменить скорость схватывания бетонной смеси, что часто происходит при колебании внешней температуры. В последнем случае количество сланцев в сухой смеси ограничивают.

В последнее время во многие бетонные смеси вводят замещающие цемент добавки. Эти материалы включают летучую золу, (иногда называемую гранулированным доменным шлаком или шлакоцементом) и кремнеземный дым. Такие заместители используются в они имеют очень небольшой размер частиц, повышая структурную однородность бетона и снижая количество пустот в нём. Заменители на основе золы и шлаков способны без ущерба для прочности замещать до 40 % цемента. Они продлевают срок укладываемости бетонного раствора, но одновременно замедляют его схватываемость, что может оказаться критичным в холодную пору года.

Точное соотношение каждого вида присадки к сухой бетонной смеси определяется требованиями к прочности и долговечности бетонной конструкции.

Условия, определяющие работоспособность бетонной смеси

При разработке эксплуатационного задания в расчёт принимаются следующие факторы:


  • Марка цемента;


  • Технологические характеристики бетоносмесительного агрегата;


  • Объём и свойства воды;


  • Наличие минеральных и химических добавок- модификаторов, пластификаторов, поверхностно-активных веществ;

  • Внешняя температура.

Исходя из конечных физико-механических свойств готовой смеси, определяется её ожидаемая прочность в готовом бетоне. При определении данных характеристик принимаются во внимание условия работы возводимой конструкции. Например, при малых нагрузках качество бетона зависит от его износостойкости и стойкости к размораживанию, а при повышенных – от прочности бетона.

Следующей группой факторов являются механические: как, и в какой последовательности производить заливку свежеприготовленного бетона. Материал можно заливать, закачивать под давлением и даже распылять по подготовленной поверхности, и это скажется на необходимой работоспособности. Учитываются также пространственно-геометрические факторы: конфигурация используемых пресс-форм, расстояние между смежными элементами арматуры, а также оборудование, предназначенное для уплотнения бетона.

Важным фактором качества считается и вода: если она жёсткая, то обилие кальцинатов магния и железа могут способствовать образованию пузырьков воздуха, отрицательно сказывающихся на показателях прочности бетона.

Свежий бетон при размещении на плоской поверхности имеет тенденцию распространяться по ней под действием собственного веса. Поэтому на работоспособность будут влиять также количество бетона, а также разница температур между температурой бетона и внешней температурой на объекте. Так, если бетон будет работать в суровых условиях, то именно это обстоятельство (а не внешние нагрузки) определяет необходимое качество материала. В зонах с холодной погодой бетон должен быть способен противостоять замерзанию.

В некоторых случаях физические нагрузки, как правило, изнашивают бетон, а не разрушают его. Для дорог, гаражей, промышленных полов устойчивость структуры готового бетона определяется твердостью и износостойкостью его верхнего слоя.

Большинство бетонных смесей транспортируют в нужное место уже в готовом состоянии. Для малых объёмов такая технология является лучшим решением. Мы располагаем значительной номенклатурой наполнителей и марок цемента, которые хранятся в контролируемых условиях, а наличие современного дозирующего оборудования позволяет точно управлять как количеством компонентов, так и характеристиками процесса смешивания.

ВЛИЯНИЕ АКТИВАТОРОВ СВЯЗУЮЩИХ ЦЕМЕНТА НА СВОЙСТВА ЗОЛЬНОГО БЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ВЛИЯНИЕ АКТИВАТОРОВ — СВЯЗУЮЩИХ ЦЕМЕНТА НА СВОЙСТВА ЗОЛЬНОГО БЕТОНА Джаббарова Н.Э.

Джаббарова Нателла Эйюбовна — кандидат химических наук, доцент, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: изучено влияние активаторов — связующих — щелочи и силиката натрия на свойства цемента и бетона на его основе, модифицированных зольными остатками переработки твердых бытовых отходов. Установлено, что с увеличением добавки активаторов прочность бетона возрастает. Кроме того, чем выше отношение массы раствора силиката натрия к раствору гидроксида натрия по массе, тем выше прочность на сжатие бетона. Оптимальной была выбрана смесь, содержащая зольный остаток с массовым соотношением раствора силиката натрия к раствору щелочи 2,0 и использовалась в качестве основной смеси для исследования влияния других параметров.

Ключевые слова: твердые бытовые отходы, зольные остатки, цемент, бетон, прочность на сжатие, активаторы, щелочь, силикат натрия.

УДК: 691.32

Утилизация твердых отходов и управление ими широко привлекают внимание, и в последние годы повсеместно возросла осведомленность о развитии систематической переработки этих твердых отходов по следующим причинам. Во-первых, эти отходы содержат материалы, пригодные для повторного использования, такие как пластик, металлы и т.д. Прямое удаление или захоронение этих отходов в определенной степени приводит к потере потенциальных ресурсов. Во-вторых, неправильное обращение с этими отходами может привести к загрязнению природной среды, почвы и воды и т.д. и, следовательно, нанести вред людям. В-третьих, но не в последнюю очередь, затраты на ликвидацию загрязнения или непредвиденного ущерба окружающей среде, связанного с удалением отходов, могут быть значительно снижены. Следовательно, правильное управление отходами крайне необходимо.

Сжигание является распространенным методом утилизации отходов, поскольку оно может уменьшить массу отходов на 70% и объем 90%, а также обеспечить восстановление энергии из отходов для выработки электроэнергии. Большинство мусоросжигательных заводов оборудованы системами рекуперации энергии, особенно на объектах Waste-to-Energy (отходы в энергию), которые улавливают тепло, выделяемое при сгорании, и преобразовывают его в электрическую энергию [1 — 3].

При сжигании ТБО образуются два основных типа золы: донная и летучая зола. Летучая зола составляет 5-25% по массе и состоит из мелких частиц, которые удаляются устройствами контроля загрязнения воздуха; а донная зола составляет 75-95% по массе; это материал, который остается в нижней части камеры сгорания.

Поскольку зола мусоросжигательных заводов содержит оксиды СаО, SiO2, Fe2Oз и Л120з, аналогичные составу сырья для цементного производства, это может стать возможной заменой сырья при производстве цемента [4 — 6].

В связи с ростом количества бытовых отходов в Азербайджане на территории бывшего Балаханинского полигона по захоронению отходов, в Баку в 2012 году в «Балаханинском промышленном парке» был запущен завод по сжиганию твердых бытовых отходов, являющийся самой большой станцией по переработке отходов в Восточной Европе и СНГ. Завод построен по технологии 4G и полностью соответствует

местным и европейским стандартам защиты окружающей среды. При сжигании отходов образуется большое количество летучей и донной золы, которые можно использовать в качестве добавки-наполнителя в строительные материала для дорожного строительства и других областях [4].

Ранее нами было изучено влияние добавки донной золы в цемент на прочность бетона на его основе [7].

В настоящей работе представлены результаты исследования влияния добавки в цемент активатора-связующего — щелочи и силиката натрия на прочность бетонов.

Высушенную и очищенную от металлических и иных включений золу добавляли в цемент в количестве 20% от массы цемента.

Смеси, содержащие золу, были изготовлены для изучения влияния концентрации раствора гидроксида натрия на прочность бетона на сжатие. Испытательные цилиндры оставляли в условиях окружающей среды примерно на 30 минут до начала сухого отверждения в печи. Время отверждения составляло 24 часа при различных температурах.

Измеренная на 7-й день прочность на сжатие испытательных цилиндров приведена в таблице.

Таблица 1. Изменение прочности бетона в зависимости от количества активатора — щелочи и

силиката натрия

Концентрация Соотношение силиката Прочность на сжатие на 7-й

Смесь NaOH жидкости (в натрия к раствору день (МПа)

молях) NaOH (по массе) Отверждение в течение 24 часов при 60 ° С

1 5 М 0,5 15

2 5 М 2,0 47

3 10 М 0,5 40

4 10 М 2,0 58

В таблице разница между смесью 1 и смесью 3 является концентрация раствора №ОН в пересчете на молярную (вторая колонка). Смесь 3 с более высокой концентрацией раствора №ОН давала более высокую прочность на сжатие, чем смесь 1. Аналогичная тенденция наблюдается и для смесей 2 и 4.

Влияние соотношения раствора силиката натрия к раствору №ОН по массе на прочность бетона на сжатие можно увидеть, сравнив результаты смесей 1 и 2, а также смесей 3 и 4 в таблице. Для смесей 1 и 2, хотя концентрация раствора №ОН (в пересчете на молярность) одинакова, в смеси 2 отношение раствора силиката натрия к раствору №ОН выше, чем в смеси 1. Это изменение увеличивает прочность на сжатие смеси 2. Аналогичная тенденция наблюдается также в результатах смеси 3 и 4. Прочность на сжатие смеси 4 выше, чем прочность смеси 3. Результаты, приведенные в таблице 2 показывают, что взаимосвязь различных оксидов, содержащихся в составе смеси, влияет на прочность при сжатие. Смеси 2 и 4 с массовым соотношением раствора силиката натрия к раствору №ОН 2,0 были выбраны в качестве основных смесей для исследования влияния других параметров по двум причинам. Во-первых, стоимость жидкого активатора является экономичной, когда отношение раствора силиката натрия к раствору №ОН составляет 2,0 (а не 0,5). Во-вторых, результаты испытаний были удивительно постоянными, когда это соотношение составляло 2,0.

В результате проведенного исследования выбрана оптимальная концентрация щелочного раствора — 5М. Более высокая концентрация (в пересчете на молярную) раствора гидроксида натрия приводит к более высокой прочности на сжатие геополимерного бетона на основе донной золы.

Установлено, что чем выше отношение массы раствора силиката натрия к раствору гидроксида натрия по массе, тем выше прочность на сжатие бетона. Оптимальной была выбрана смесь, содержащая зольный остаток с массовым соотношением раствора

силиката натрия к раствору щелочи 2,0 и использовалась в качестве основной смеси для исследования влияния других параметров.

Чтобы исследовать влияние содержания воды в смеси, было сделано два набора смесей. В первом серии были изготовлены 3 смеси. Цель этого набора состояла в том, чтобы исследовать влияние молярного соотношения Н20-№20 на прочность бетона на сжатие, в то время как молярное соотношение других оксидов в смесях, а именно №20-SiO2 и SЮ2-Al2Oз, поддерживалось постоянным на уровне 0,115 и 3,89 соответственно.

Молярное отношение Н20 к №20 в смеси 1 составляло 10,01. При добавлении к этой смеси дополнительной воды 10,6 кг /м3 молярное отношение Н20-№20 стало 11,25, а при добавлении дополнительной воды 21,2 кг / м3 это соотношение составило 12,49.

во

Q. ю

о

9,00 10.00 11.00 12.00

Молярное соотношение НгО-НагО

Криеш: — 90 «С; — 75DC; -45°С; -30°С -—•— —А— -Л—

Рис. 1. Влияние молярного соотношения Hft-Naft на прочность при сжатии

Испытательные цилиндры были отверждены в течение 24 часов при различных температурах. На рисунке показано влияние молярного соотношения h3O-Na2O на прочность при сжатии геополимерного бетона при различных температурах отверждения. Увеличение этого отношения уменьшало прочность бетона на сжатие.

Список литературы

1. Eurostat, 2017. Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017).

2. Волженский А.В. и др. Применение золы и топливных шлаков в производстве строительных метериалов. М. Стройиздат, 1984. 247 с.

3. Баженов Ю.М. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны. АСБ, 2007. 368 с.

4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tamizshahar.az/ (дата обращения: 17. 07.2020).

5. Bilodeau A., Malhotra V.M. Concrete incorporation high volume of ASTM Class F fly ashes, mechanical properties and resistance of deicing salt scaling and chloride-ion penetration // Proceedings Fourth International Conference. Istanbul, Turkey. 3-8 May, 1992. P. 319-349.

6. Babkov V.V., KarimovI.Sh., KomokhovP.G., 1996. Aspects for Formation of Highly-Strong and Durable Cement Binding Material in Concrete Technology. Izvestia Vuzov. Stroitelstvo [News of Higher Education Institutions. Construction], (4), 41-48 (in Russian).

7. Джаббарова Н.Э., Аббасова Н.Н. Изучение свойств цементов и бетонов, модифицированных зольными остатками переработки твердых бытовых отходов. Журнал «Проблемы науки». № 4 (52), 2020. С. 5-9.

Альтернативные вяжущие: GCCA

Хотя в настоящее время в производстве бетона преобладает обычный портландцемент, разрабатываются альтернативные вяжущие, которые снижают как технологические, так и энергетические выбросы CO 2  .

Основными составляющими обычного портландцемента являются два минерала силиката кальция: алит, который отвечает за раннее увеличение прочности, и белит, который реагирует медленнее и отвечает за увеличение прочности в более позднем возрасте. В обычном портландцементе алит присутствует в большем количестве, чем белит.

Благодаря более высокому содержанию кальция преобладание алита приводит к получению цемента, для которого требуется большое количество богатых кальцием материалов (обычно известняка) в сырьевой смеси. Во время производства клинкера его нагревают до точки распада, высвобождая кальций, который затем образует два минерала силиката кальция, и углекислый газ (CO 2 ), который выделяется с дымовыми газами.

Эти технологические выбросы CO 2  составляют около 60% от общего объема выбросов в цементной промышленности, и их сокращение является ключевой задачей отрасли. Одним из способов сделать это является разработка альтернативных вяжущих, которые производят меньшие технологические выбросы или вообще не производят их во время производства. Примеры включают:  

  • Реактивно-белитовый портландцемент (RBPC)
  • Белит-кальциево-сульфоалюминатный (BCSA) цемент
  • Цемент на основе волластонита
  • Предгидратированный силикатно-кальциевый цемент
  • Магниево-силикатный цемент
  • 0 Alkali-binder

    • 90 20

  • Биоминерализация

Три ущелья Дам, Китай, является примером цемента с высоким содержанием белита

. Способы действия этих альтернативных вяжущих различаются. Некоторые остаются похожими на обычный портландцемент, с силикатами кальция в основе процесса затвердевания, но (например) снижают или исключают высокое содержание алита кальция . Это снижает количество известняка, необходимого в сырьевой смеси, и, следовательно, количество CO 9 .0004 2  выпущено в процессе. Другие почти полностью отличаются, полагаясь на другие химические процессы или другие процессы, чем процесс клинкеризации с высокой температурой и высокой энергией, в котором производится портландцемент.

Эти альтернативные вяжущие также различаются по уровню развития. Некоторые из них имеют историю, насчитывающую десятилетия, и уже используются в коммерческих целях, хотя и не получили широкого распространения; некоторые из них являются более поздними разработками или требуют гораздо большего изучения, прежде чем можно будет оценить их истинный потенциал.

Одной из наиболее интересных альтернативных концепций вяжущих является те, которые затвердевают в результате карбонизации (т.е. поглощения CO 2 ), например, цемент на основе волластонита, а не гидратации, как это делает обычный портландклинкер. Они эффективно улавливают CO 2  , выделяемый во время их производства, когда они схватываются и затвердевают в бетоне, создавая низкоуглеродный или углеродно-нейтральный строительный материал.

Однако у каждого из этих альтернативных связующих есть свои проблемы. Но хотя полная замена обычного портландцемента может оказаться невозможной, любое сокращение его использования в конечном итоге поможет снизить углеродоемкость отрасли в целом. Таким образом, разработка этих альтернатив — даже для нишевых приложений — остается ценной для долгосрочной устойчивости цементной и бетонной промышленности.

Связующее вещество — Проектирование зданий

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство на нашем веб-сайте. Вы можете узнать о наших файлах cookie и о том, как отключить файлы cookie, в нашей Политике конфиденциальности. Если вы продолжите использовать этот веб-сайт без отключения файлов cookie, мы будем считать, что вы довольны их получением. Закрывать.

Редактировать эту статью

Последняя редакция 29 апр 2021

См.
полная история

Связующее вещество , или связующее вещество, представляет собой материал, используемый для формирования материалов в единое целое в качестве средства обеспечения структурной стабильности. Связующие вещества отверждаются химически или механически и в процессе связывают волокна, порошок наполнителя и другие вещества.

Вяжущие вещества уже очень давно широко используются в строительстве; например, использование соломы и натуральных волокон для укрепления глины в глинобитном строительстве. Очень распространенным вяжущим веществом , используемым в современном строительстве, является цемент, который используется для изготовления бетона. Другие распространенные примеры включают битумное вяжущее, которое используется для асфальтовых покрытий, и глину для связывания кирпичей.

Гидравлические связующие часто используются в подземных и подводных инженерных проектах. При смешивании с водой они продолжают сохранять и увеличивать свою прочность. Примеры включают; Портландцемент, пуццолановый цемент, доменный цемент, глиноземный и расширяющийся цемент, гидравлическая известь и др.

Воздухововлекающие связующие затвердевают и сохраняют свою прочность после смешивания с воздухом, а не с водой. Примеры включают; гипсовый цемент, магниевый цемент, известь, твердеющая на воздухе, и так далее.

Кислотостойкие вяжущие вещества могут сохранять свою прочность после смешивания на воздухе, а также при контакте с кислотами и образовывать различные виды кислотоупорного цемента, такие как кремнийфтористый цемент, кварцевый цемент и так далее.

Вяжущие вещества также могут быть «органическими», если они имеют органическое происхождение, например, асфальт, битум, смола, поливинилацетат, смолы и т.д. Под влиянием физических или химических процессов они переходят из пластического состояния в твердое.

Гарантия долговечности — каменная кладка из пульамита — ее консервация и ремонт, опубликованная Historic England в 2008 году, определяет связующее как: «Среда или носитель, который связывает вместе частицы заполнителя в растворе, штукатурке или бетоне, или пигменты и наполнители в покрытии (в растворе или штукатурке вяжущим обычно является известь или цемент). Связующее покрывает каждую частицу и заполняет пустоты между ними, и именно высыхание или отверждение связующего вызывает схватывание раствора или покрытия.