ВЛИЯНИЕ НА МИНЕРАЛНИТЕ ДОБАВКИ ВЪРХУ СВОЙСТВАТА НА БЕТОНА
Въвеждането на минерални добавки може да има благоприятен ефект върху много свойства на бетона. Това се дължи или на физически ефект, който е, че фините частици обикновено имат по-фино разпределение на размера на частиците от портландцимента, или на реакции на активни хидравлични съставки. Минералните добавки могат да повлияят на състава на бетонната смес, реологични
Свойства на пластичен бетон, степен на хидратация на портланд цимент, якост и пропускливост на втвърден бетон, устойчивост на напукване по време на топлинна обработка, намаляване на въздействието на различни алкали върху силициевия диоксид, както и устойчивост на сулфатна агресия.
6.5.1. Съставът на бетонната смес. За дадена консистенция на бетона намаляването на потреблението на вода може да доведе до цялостно подобряване на неговите технологични свойства. Гранулометричните характеристики на големите и малките добавъчни материали и циментовите частици влияят върху обема на кухините и водопотребността на бетоновата смес. Въвеждането на фини частици от минерални добавки, обикновено с размер 1–20 µm, трябва да увеличи ефекта на зърната от портландцимент върху намаляване на порьозността в бетонната смес, което намалява необходимостта от вода за получаване на бетон с дадена консистенция [5]. Установено е, че замяната на 30% цимент с летлива пепел намалява търсенето на вода с около 7% при постоянен спад. При използване на три вида летлива пепел с различни размери на частиците се наблюдава намаляване на потреблението на вода с 5–10% в разтвори с еднаква консистенция с добавяне на 33, 67 или 133% летлива пепел от теглото на цимента [10].
Подобно използване на гранулирана доменна шлака, смляна на частици с различни размери, чиято специфична повърхност е от 508 до 608 m2/kg Blay - добре, показва, ченамаляване на изискването за вода, необходимо за стандартна суспензия (ASTM C109) от около 6,4% е възможно за голям брой смеси от портландцимент със шлака, съдържащи от 40 до 65% цимент, заместващ шлаката [6].
Не всички минерални добавки намаляват нуждата от вода. Например, много изследователи са открили, че използването на едра летлива пепел или летлива пепел с големи загуби при запалване (обикновено 10% или повече) увеличава, а не намалява търсенето на вода. Сега е известно, че това се случва само когато летливата пепел съдържа значителни количества клетъчни коксови частици, обикновено с голям размер (100 µm). По същия начин, някои видове летлива пепел с високо съдържание на калций могат да съдържат значителни количества C3A, което води до увеличаване на търсенето на вода поради загуба на консистенция, причинена от бързото образуване на калциев хидроалуминат или хидросулфоалуминат. За минерални добавки с изключително малък размер на частиците или голяма повърхност (бели сажди или пепел от оризови черупки), количеството вода, необходимо за нормална консистенция, се увеличава почти правопропорционално на съдържанието на цимент в масата.
6.5.2. Реологични характеристики
Ориз. 6.7. Механизмът за предотвратяване на отделянето на циментово мляко от циментовата паста с въвеждането на бели въглеродни добавки [9]
1 - циментово зърно; 2 - частици от бели сажди
Износване на бетонна смес. Механизмът за намаляване или спиране на отделянето на циментово мляко чрез добавяне на много фини частици бели сажди към циментовата паста е показан на фиг. 6.7 [9]. По същия начин наличието на летлива пепел или смляна шлака от доменни пещи между частиците на инертния материал спомага за намаляване на отделянето на млякото. Значително намалениеброят на каналите за разделяне на вода в бетона помага за намаляване на разслояването и подобрява неговите завършващи характеристики.
Очевидно е, че с въвеждането на летлива пепел е възможно да се подобри качеството на постните бетони или бетоните, направени с инертни материали, които имат недостатъчно количество фини фракции. Бетонът, който не отделя вода и съдържа бели сажди или пепел от оризова люспа, трябва да бъде подходящо защитен при условия, които насърчават напукване при свиване в пластичната бетонова смес.
Друго важно свойство на пластичната бетонна маса - обработваемостта - зависи главно от водозадържащата способност, контролирана от обема на тестото в бетона. Предимството на замяната на цимента в бетона с еднакво тегло минерални добавки с ниска плътност е крайното увеличаване на съдържанието на тестото. Например, може да се изчисли, че при еднаква маса обемът на летлива пепел с плътност 2,4 t/m3 ще надвишава обема на портландцимента с около 30% [10] Промяната в съдържанието на летлива пепел в бетона според данните за якост на възраст от 28 дни изисква замяна на цимент в съотношение, по-голямо от 1:1 тегловно (допълнителна летлива пепел, заместваща частта от фин агрегат).В тази връзка има е още по-голямо увеличение на съдържанието на тесто (цимент + летлива пепел + вода) по отношение на съдържанието на инертни материали. Благодарение на отличния си капацитет за задържане на вода, летливата пепел се изпомпва добре.
Когато смляната гранулирана доменна шлака се въведе в бетона като минерална добавка, устойчивостта на отделяне на вода и разслояване вероятно ще се подобри, но поради ъгловата структура на частиците на гранулираната шлака, нейните довършителни свойства и обработваемост може да не се подобрят до същата степен, както когато се въведе пепел -пренасям. Установено е, че както началото, така и краят на втвърдяването на смес от портландцимент със шлака, съдържаща 40, 50 или 65% тегловни шлаки, се забавят с около 1 час в сравнение с времето на втвърдяване на портландцимент [6].
6.5.3. Ускоряване на хидратацията на цимента. При отделяне или диспергиране се ускорява флокулацията на частиците от портланд цимент, което повишава степента на ранна хидратация [28]. Следователно, якостта на бетона при дадено съдържание на цимент, към който е добавена летлива пепел или варовик на прах (като заместител на финия добавъчен материал), нараства еднакво след 7 и 28 дни. Бетонът с добавка на летлива пепел показа по-висока якост едва след 91 дни или по-късно, което може да се отдаде на пуцолановата реакция.
6.5.4. Развитието на силата. Наличието на големи пори в хидратираното циментово тесто и микропукнатини в зоната на контакт между циментовото тесто и добавъчния материал има отрицателен ефект върху якостта и плътността на бетона. Увеличаването на якостта и издръжливостта на бетона, свързано с използването на минерални добавки, вероятно се дължи на превръщането на големите пори в малки и намаляването на микропукнатините в контактната зона.
Точният механизъм, по който става подобряването на структурата на порите в хидратираните пуцоланови цименти, все още не е напълно изяснен. Беше отбелязано обаче, че е открита по-малко компактна C-S-H фаза в добре хидратирани пуцоланови портланд цименти в сравнение с C-S-H фазата в хидратирани портланд цименти [28]. Очевидно такъв продукт се образува в резултат на химическа реакция между пуцолан силициев диоксид и вар и създава ефект на запълване на големи пори. Този механизъм е показан на фиг. 6.8. По този начин трансформацията на фази с висока плътност и големи пори в системата за тестване на портланд цимент в продукти с нискаплътността и малките пори в резултат на пуцолановата реакция изглежда най-логичното обяснение за увеличаването на якостта и плътността, което обикновено се наблюдава при добре хидратиран тест на пуцоланов портланд цимент. Друга работа също изследва процеса на намаляване на порите и показва значението му за якостта и плътността на бетона при използване на летлива пепел и шлака като добавки [30].
Известно е, че при бетона контактната зона между добавъчния материал и хидратираното циментово тесто играе много важна роля при определяне на неговите механични свойства и характеристики на дълготрайност. При нормалните портланд циментови бетони контактната зона обикновено е по-малко плътна от масивното тесто и включва голям брой пластинчати кристали на калциев хидроксид, в които оста c е перпендикулярна на повърхността на агрегата. Следователно, той е по-склонен към микропукнатини поради силите на опън, генерирани от промените в нормалните условия на температура и влажност. По този начин контактната фаза, поради своята структура, е най-слабата фаза в бетона и следователно има голямо влияние върху неговите свойства.
Поради факта, че минералните добавки са в състояние да променят потреблението на вода, консистенцията, водоотделянето или времето за втвърдяване на портландциментовата паста, очевидно е, че те имат положителен ефект върху структурата и механичната якост на контактната зона. В допълнение, тези добавки имат способността да намаляват размера на порите в хидратирана портланд циментова паста. Следователно бетоните, съдържащи минерални добавки, са по-здрави и издръжливи от бетоните без добавки.
За строителния инженер са важни както скоростта на развитие на якостта на бетона, така и крайната му якост. Минералните добавки влияят на якостта на бетонав зависимост от минералогичния им състав, характеристиките на частиците, температурата и влажността на втвърдяване и състава на бетонната смес.
С участието на силно активни пуцолани като пепел от оризови люспи и бели сажди, пуцолановата реакция може да започне с появата на калциеви и хидроксилни йони по време на хидратацията на съединенията на портландцимента. В присъствието на пепел от оризови люспи с много висока вътрешна пореста структура на частиците се наблюдава значителен ефект на пуцолановата реакция върху якостта на натиск на разтворите съгласно ASTM SG09 (Таблица 6.4) на всяка възраст след 1, 3 и 7 дни след
Ориз. 6.8. Модел на добре хидратиран портланд цимент (отгоре) и пуцола, нова портланд циментова паста с ниска плътност (отдолу) CH + S-^CSH. Пуцолановата реакция води до трансформация на по-плътната CH фаза и нейните големи пори в по-малко плътната CSH фаза и до намаляване на размера на междинните пори.
А - слабо кристализирани CSH частици, които имат поне един колоиден размер (от I до 100 nm). Празнините между частиците са с размери от 0,5 до 30 nm (средно 1,5 nm); H – шестоъгълни кристали Те образуват големи кристали обикновено с ширина 1 µm; C - капилярни кухини или пори, вариращи от 10 nm до 1 µm, но в добре хидратирано тесто с ниско съотношение вода-цимент те са по-малко от 100 nm
Таблица 6.4. якост на натиск на строителни разтвори по astm c109 от смеси от портландцимент с пепел от оризови люспи