// //
Дом arrow Бетоны arrow ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

 В данной статье исследуются свойства, основные характеристики и области применения грунтобетона. Рассматривается возможность использования глин разной природы как матричной основы конструирования композита.

 Основу грунтобетона как композиционного материала составляют глинистые породы - кембрийская глина или суглинок, активность которых зависит от дисперсности среды, концентрации ионов металла, РН среды, а также определяется природой (генезисом) глинистой породы, включая содержания в ней примесей.

 Разработан и получен грунтобетон нормального и ускоренного твердения, в основе которого лежит применение кембрийской глины из забоя строящегося метро Санкт-Петербурга в комплексе с полиминеральной активной смесью (ПМАС), состоящей из отходов промышленности (нефелиновый шлам, фторангидрид, доменный шлак). Применение грунтобетона в производстве строительных изделий и конструкций позволяет обеспечивать высокую технико-экономическую эффективность и экологическую рациональность технологии, что способствует расширению сырьевой базы строительства в целом. Реализация подобных материальных резервов минерального сырья связана с возможностью управления процессами ускоренного структурообразования, способного обеспечить достаточно высокие физико-механические и деформативные характеристики грунтобетона [см. Комохов П.Г., Сватовская Л.Б., Комохов А.П. и др. Особенности структурной механики безобжиговых алюмосиликатов // Цемент. 1990, N 5. С.2-6; Комохов А.П. Особенности структурообразования и свойства грунтобетона // Труды III научно-практической конференции по ресурсосберегающим технологиям. Самара, 2002. С. 112-120; Комохов А.П. Высокоэффективная технология грунтобетона как современного композиционного материала // Строительство и реконструкция. 2002, N 2. С.25-28].

 Основной активной составляющей структурной фазы данного вида бетона является глинофторнефелиновое комплексное вяжущее, его воздействие на гидратационную активность и на процессы структурообразования композиционного материала.

 Вопросы изучения прочности грунтобетона на основе системы глинистая порода - активатор ПМАС играют первостепенную роль в оценке качества формируемой структуры данной твердеющей системы исходных материалов. Составы вяжущего и бетона на его основе приведены в таблице 1.

 

 Таблица 1. Исходные составы вяжущего и грунтобетона

 

Номер состава грунтобетона

Соотношение исходных компонентов вяжущего по массе

Доля заполнителя (кварцевый песок) с модулем крупности 1,6

суглинок

ПМАС

 

1

1

 

0,25

-

2

1

 

0,5

1

3

1

 

0,75

2

4

1

 

1

3

 Повышение прочностных характеристик материала обеспечивалось путем варьирования соотношения нефелиновое вяжущее - глинистая порода - кварцевый песок.

 Условия твердения: нормальное и тепловлажностная обработка при пропаривании в интервале температур 40-80 °C.

 В таблице 2представлены результаты прочностных характеристик грунтобетона нормального твердения при температуре 20 °C, а на рис.1подобные данные пропаренного грунтобетона при температуре 40-80 °C.

 Таблица 2. Прочность грунтобетона нормального твердения

Номер состава грунтобетона

Вид ПМАС

В/В

Прочность при изгибе (МПа) в возрасте, сут.

Прочность при сжатии (МПа) в возрасте, сут.

14

28

56

 

14

28

56

1

 

ФНА

0,90

 

2,4

 

3,1

 

4,5

 

9,5

 

12,5

 

13,7

 

2

0,80

 

4,5

 

6,5

 

7,8

 

12,1

 

16,0

 

19,1

 

3

0,65

 

5,2

 

7,1

 

8,3

 

15,0

 

18,6

 

22,4

 

4

0,4

5,7

7,9

9,2

16,0

 

19,7

24,3

1

ФНША

0,97

 

2,1

 

2,9

 

3,4

 

7,6

 

10,3

 

11,5

 

2

0,86

 

3,6

 

5,0

 

6,2

 

15,1

 

18,0

 

21,8

 

3

0,71

 

4,7

 

5,5

 

6,8

 

16,6

 

18,6

 

22,5

 

4

0,46

5,6

6,7

8,2

 

18,4

20,7

24,8

 Примечание: ФНА - фторнефелиновый активатор; ФНША - фторнефелиношлаковый активатор.

 

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Температура ТВО, °C

 

Примечание: Состав грунтобетона: 1 - 1:1; 2 - 1:2; 3 - 1:3

 

Рис.1. Прочность грунтобетона на основе ФНША после ТВО

 Из полученных результатов видно, что к возрасту 56 суток прочность композиционного материала увеличивается на 20-25% относительно 28-дневного твердения, что подтверждает действие развития фазовых новообразований матричной основы композита во времени. При этом введение малорастворимых соединений как активаторов твердения, в состав которых входят фториды, позволяет менять химизм явлений при твердении глиносодержащих минералов и тем самым воздействовать на механизм и кинетику процесса твердения комплексного вяжущего.

 При определении оптимальных режимов ускоренного твердения грунтобетона при ТВО были специально исследованы вопросы изотермической выдержки в диапазоне температур 40-80 °C. Режим ТВО был выбран с учетом его воздействия на свойства воды и ее компонентов (как матричной основы композита) на ранней стадии твердения грунтобетона.

 Оптимальной температурой пропаривания для обоих видов ПМАС является 40 °C. Полученные результаты по изменению прочности при сжатии и изгибе в зависимости от вида ПМАС и состава грунтобетона представлены в таблице 3.

 Таблица 3. Прочность грунтобетона, пропаренного при 40 °C

 

Состав грунтобетона

Вид ПМАС

В/В

Прочность при изгибе (МПа) в возрасте, сут.

 

Прочность при сжатии (МПа) в возрасте, сут.

1

7

28

 

1

7

28

1:1

 

ФНА

0,3

 

1,3

 

5,2

 

6,3

 

8,5

 

20,9

 

26,1

 

1:2

 

0,35

 

1,9

 

2,7

 

7,1

 

10,9

 

15,7

 

22,0

 

1:3

0,4

2,5

3,4

7,8

11,8

16,6

22,8

1:1

 

ФНША

0,36

 

0,8

 

4,4

 

7,3

 

4,5

 

12,8

 

22,0

 

1:2

 

0,41

 

0,7

 

2,3

 

5,7

 

4,0

 

10,1

 

16,8

 

1:3

 

0,46

0,9

2,8

6,4

4,5

10,8

17,3

 Из сопоставления кинетики роста прочности грунтобетона, твердеющего в нормальных условиях и при пропаривании, видно, что прочность пропаренного композита всех составов в 1,5 раза выше для возраста 28 суток. Также увеличивается прочность грунтобетона после пропаривания для возраста 56 суток твердения (см. таблицу 2).

 Следует отметить высокое соотношение ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛдля грунтобетона, которое в среднем составляет 0,30-0,33, что существенно выше, чем у обычных цементных бетонов.

 Таким образом, применение ТВО для данного материала на основе бесцементного связующего с наполнителем кварцевого песка технически рационально и экономически выгодно при температуре пропаривания 40 °C. При этом рост прочности в нормальных условиях до 56 суток продолжается в среднем на 10-15%.

 Грунтобетон как конструкционный материал, в отличие от цементного бетона, пластически объемно деформируется под статической нагрузкой. Он подвергается почти равнозначно как упругому, так и пластическому деформированию. Об этом свидетельствуют результаты испытаний до разрушения при сжатии призм грунтобетона размером 10x10x60 см. Экспериментальным путем получены результаты по изменению модуля упругости (E) и коэффициента Пуассона (ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ) грунтобетона, которые приведены на рис.2и 3, а также в таблице 4. Значение E грунтобетона на 75% ниже равнопрочного обычного цементного бетона, а значение ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛв 1,75 раза выше последнего. Эти данные сравниваются для напряженного состояния в структуре грунтобетона при нагрузке 0,25ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ.

 

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Примечание: а) - грунтобетон, пропаренный при 40 °C;

 б) - то же, нормальное твердение.

 1, 3 - бетон на основе ФНА;

 2, 4 - то же на основе ФНША

 

Рис.2. Изменение модуля упругости грунтобетона

 

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Примечание: а) - грунтобетон, пропаренный при 40 °C;

 б) - то же, нормальное твердение.

 1, 3 - бетон на основе ФНА;

 2, 4 - то же на основе ФНША

Рис.3. Изменение коэффициента Пуассона грунтобетона

 

Таблица 4. Влияние условий твердения грунтобетона на показатели прочности и деформативности

 

Условия твердения грунтобетона

 

Вид активатора твердения

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ., МПа

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ., МПа

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, МПа

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, МПа

ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

нормальное

ФНА

16,6

 

15,9

17,40

19,80

0,18

ФНША

10,6

 

10,5

14,50

16,90

0,20

ТВО-40 °C

ФНА

20,5

 

19,0

16,50

28,0

0,25

ФНША

13,2

 

13,5

22,50

27,40

0,29

С точки зрения структурной механики, грунтобетон как композит при сжатии начинает разрушаться под углом 45° к направлению действия нагрузки, что отвечает модели образования трещины сдвига. Поверхность разрушения на 3/4 высоты призмы происходит по вертикальной плоскости, а это значит, что трещина потребляет меньше энергии на ее развитие. Механизм разрушения верхней 1/3 части образца под углом 45° требует больше затрат энергии на разрушение. Это происходит потому, что по плоскости сдвига с увеличением глубины разрушения две ее стороны за счет сил трения компенсируют высвобождение упругой энергии при трещинообразовании. В этом случае хрупкое разрушение грунтобетона становится маловероятным. Диссипация энергии разрушения увеличивается в направлении развития пластической деформации.

 Усадочные деформации грунтобетона связаны, главным образом, с миграцией воды, содержащейся в структуре материала. Явление усадки бетона обусловлено также химическими и физико-химическими процессами, протекающими при твердении самого вяжущего. Усадочные деформации в большей степени влияют на эффективность создания и возникновение внутренних напряжений в конструкциях и изделиях из грунтобетона.

 Исследования по усадочным деформациям проводились на трех составах грунтобетона 1:0, 1:1, 1:3 на образцах-балочках 40x40x160 мм, изготовленных из равнопластичной смеси и твердеющих как при нормальных условиях, так и после ТВО при 40 °C. В ходе эксперимента установлено, что введение заполнителя в виде кварцевого песка снижает величину усадки с 20·10ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ для состава 1:0 до 8·10ГРУНТОБЕТОН - СОВРЕМЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ для состава 1:3. Таким образом, увеличение содержания мелкого заполнителя в структуре грунтобетона для состава 1:3 способно в два раза снизить его усадочные деформации.

 Величина усадки после ТВО при 40 °C для образцов грунтобетона на обоих видах вяжущего несколько ниже, чем при нормальном твердении. При этом снижение усадки бетона за счет ТВО составляет до 20% ее абсолютной величины от нормального твердения.

 В целом, закономерность развития усадки грунтобетона типична для цементных бетонов. Усадочные деформации пропаренного грунтобетона затухают к 35 суткам, тогда как для этого материала нормального твердения усадочные деформации затухают к 45 суткам. Содержание доменного шлака в составе грунтобетона их снижает.

 Весьма интересно в общем виде проанализировать показатели прочности и деформативности грунтобетона в зависимости от условий твердения и вида активатора твердения вяжущего. Результаты представлены в таблице 4.

 Нами были также проведены исследования по испытанию грунтобетона на морозостойкость при температуре -50 °C. Образцы размером 4х4х16 см готовились по тем же параметрам, что и для определения прочности. Эти результаты представлены в таблице 5.

 Таблица 5. Результаты испытаний грунтобетона на морозостойкость

 

Состав грунтобетона

Вид ПМАС

Условия твердения

Прочность контрольных образцов при сжатии, МПа

Прочность при сжатии МПа после замораживания и оттаивания при -50 °C для циклов

5

 

10

15

20

25

30

1:0

 

ФНА

 

нормальное

 

6,90

 

6,2

 

3,52

 

-

 

-

 

-

 

-

 

1:1

 

ФНА

 

нормальное

 

18,88

 

18,3

 

15,83

 

-

 

-

 

-

 

-

 

1:3

 

ФНА

 

нормальное

 

19,87

 

20,4

 

14,44

 

16,2

 

17,2

 

-

 

-

 

1:0

 

ФНА

 

ТВО-40 °C

 

6,80

 

6,5

 

4,3

 

-

 

-

 

-

 

-

 

1:1

 

ФНА

 

ТВО-40 °C

 

19,56

 

19,2

 

20,18

 

19,5

 

19,04

 

-

 

-

 

1:3

 

ФНА

 

ТВО-40 °C

21,6

 

20,4

 

19,6

 

18,3

 

16,8

 

31,41

 

31,21

 

1:3

 

ФНА

нормальное

25,68

 

31,84

 

31,6

 

31,2

 

31,12

 

29,68

 

29,01

 

1:3

 

ФНА

 

ТВО-40 °C

 

26,40

 

30,0

 

28,1

 

26,88

 

30,80

 

20,68

 

19,76

 

1:3

 

ФНША

 

нормальное

17,28

 

21,28

 

21,6

 

22,48

 

18,24

 

18,80

 

18,81

 

1:3

ФНША

ТВО-40 °C

18,08

22,72

22,9

23,04

18,80

18,30

18,10

 

 Из полученных данных следует, что грунтобетон, как на основе ФНА, так и ФНША, выдерживает 30 циклов при -50 °C для составов 1:3 при условиях твердения после ТВО; 10 циклов для составов 1:0 и 1:1 на основе ФНА, твердеющего как при нормальных условиях, так и после ТВО; 30 циклов на основе ФНША при нормальных условиях твердения для состава 1:3. Следует отметить, что присутствие доменного шлака в грунтобетонной смеси повышает морозостойкость бетона в нормальных условиях твердения до 30 циклов при -50 °C, тогда как без шлака аналогичный бетон выдерживает только лишь 20 циклов.

 Полученные данные по морозостойкости грунтобетона, в среднем, эквивалентны маркам по морозостойкости F300 и F100 для температуры замораживания -20 °C по существующей стандартной методике испытаний обычных цементных бетонов.

 Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы.

 1. Весьма необычно для структуры данного материала, что кубиковая и призменная прочность в возрасте 28 суток практически равны между собой (см. таблицу 4). Таким образом, коэффициент призменной прочности грунтобетона равен единице, что свидетельствует об упрочнении его структуры.

 2. Приведенные результаты исследований подтверждают активную роль безобжиговых алюмосиликатов в формировании достаточно высоких строительно-технических свойств композиционного материала грунтобетона на основе кембрийской глины.

 3. Значение морозостойкости грунтобетона при температуре -50 °C, в среднем, эквивалентно марке F300 для его состава с доменным шлаком и марке F100 для состава без доменного шлака (по сравнению с обычным цементным бетоном).

 4. Грунтобетоны исследуемых составов, твердеющие в нормальных условиях и при пропаривании до 40 °C, являются эффективными строительными материалами промышленно-гражданского и дорожного строительства.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.