Бетоны на каустическом доломите для полов промышленных зданий

Фаликман В. Сорокин Ю. Башлыков Н. Смирнов В. Бетоны на каустическом доломите для полов промышленных зданий // Бетон и железобетон. 2004 . №2. C. 2-4

Многообразие условий эксплуатации полов промышленных зданий определяет широкий диапазон свойств и предъявляемых к ним требований, в том числе, не в последнюю очередь, санитарно-гигиенического и экологического характера.

Основными показателями, определяющими качество материалов для полов, являются механическая прочность, стойкость к истирающим, химическим и влажностным воздействиям, стабильность состава и свойств, отсутствие выделения вредных веществ и пыли в процессе их эксплуатации и, наконец, технологичность материала, что предполагает минимизацию материальных и трудовых затрат, связанных с приготовлением бетона, устройством и эксплуатацией покрытия.

Соблюдение перечисленных требований в значительной степени обеспечивает применение магнезиального цемента [1]. Бетон на его основе отличается высокими прочностными характеристиками, химической стойкостью и износостойкостью, что позволяет использовать его для устройства полов промзданий, в том числе с тяжелыми условиями эксплуатации(предприятия химической промышленности, тяжелого машиностроения, энергетического комплекса и т. п.).

Существует целый ряд промышленных методов производства МgО, однако в строительстве реальное применение имеет главным образом продукт обжига магнезита - каустический магнезит [2]. Однако мировые запасы магнезита относительно невелики и строительная индустрия не может рассчитывать на полное удовлетворение своей потребности в каустическом магнезите, так как основная часть продукта обжига МgСО3 направляется на производство огнеупоров.

Следует отметить, что уже несколько десятилетий, как найдена достойная альтернатива для магнезита. Речь идет о доломитах, дешевых и весьма распространенных минералах [1, 3, 4], представляющих собой двойной карбонат магния и кальция (МgСО3 . СаСО3), содержащий теоретически 30,4% СаО, 21,9% МgО и 47,7% СО2. Каустический доломит представляет собой продукт тонкого помола обожженного природного доломита при температуре диссоциации МgСО3 (около 650-720?С). Полуобожженный доломит содержит в своем составе 20-28% активного оксида магния и инертное вещество, представленное в основном СаСО3 в количестве 60-70%. Для приготовления бетона полуобожженный доломит, как и каустический магнезит, затворяют растворами некоторых солей-электролитов типа MgCI2 . 6H2O, MgSO4 . 7H2O, FeSO4 . 5H2O и т. д. [1].

С точки зрения теории микробетона профессора Юнга, магнезиально-доломитовый цемент можно рассматривать как естественную композицию магнезиального цемента с карбонатным наполнителем [4]. Другими словами, продукт селективной диссоциации доломита является дисперсной системой, в которой активный оксид магния, обладающий высоким энергетическим потенциалом, равномерно распределен в среде микронаполнителя СаСО3.

Комплекс экспериментальных исследований, выполненных ГУП "НИИЖБ" и ЗАО "Полимод", показал, что предназначенный для производства высокопрочных бетонов каустический доломит должен соответствовать следующим требованиям:

содержание МgО - не менее 19,0% массы доломита;

интервал температуры термического разложения МgСО3 в доломите (начало-конец разложения) должен составлять 40-60?С;

преобладающая крупность кристаллов (зерен), поданным петрографического анализа, -80-120 мкм [5].

Анализ результатов определения прочности бетонов, полученных на основе каустического доломита, измельченного по различным режимам, показывает, что для этого вяжущего увеличение дисперсности является эффективным средством повышения прочности бетона. В частности, увеличение удельной поверхности каустического доломита с 1320 до 5500 см2/г обеспечивает существенный рост прочности бетона (более чем в 2 раза) во все сроки твердения. Дальнейшее увеличение тонкости помола в пределах до 8500 см2/г технически нецелесообразно, так как повышает прочностные характеристики всего на 10-20%.

Обеспечивая высокие прочностные характеристики бетонов (до 60-80 МПа и более), применение каустического доломита в то же время связано с такими технологическими и техническими недостатками, как ускоренное структурообразование и схватывание бетонных смесей, значительные собственные деформации расширения, превышающие границы уровня безопасности, а также низкую водостойкость бетона.

С целью регулирования строительно-технических свойств вяжущего на основе каустического доломита было изучено влияние различных химических добавок на сохраняемость бетонных смесей на его основе, а также на физико-механические свойства и долговечность бетонов (темпы твердения, прочность, собственные деформации, водостойкость, морозостойкость и водонепроницаемость, стойкость в агрессивных средах). В качестве модификаторов были использованы апюмофосфатная, фосфатная, боратная добавки и их сочетания. Добавки вводили на стадии помола полуобожженого доломита. Установлено, что при использовании комплексных фосфатно-боратных добавок существенно нормализуются процессы структурообразования и твердения бетонов на основе каустического доломита и улучшаются их свойства: достигается устойчивый рост прочности, снижаются собственные деформации расширения, уменьшается опасность развития деструктивных процессов (образование трещин) и т.д. Так, например, введение указанных добавок в количестве 1-3,2% массы каустического доломита в магнезиально-доломитовые бетонные смеси значительно повышает их сохраняемость. Механизм действия этих добавок как замедлителей схватывания связан, по-видимому, с осаждением и формированием фосфатно-боратных комплексов. Мелкие частицы труднорастворимых добавок адсорбируются при помоле на частицах активного оксида магния, затрудняя доступ к ним затворителя. Затем в растворе образуются хелатные комплексы, влияющие на прочность и структуру цементного камня. Кроме того, образуя указанные комплексы, фосфатно-боратные добавки обеспечивают наибольшее повышение водостойкости бетона на каустическом доломите: значение коэффициента размягчения возрастает с 0,43 до 0,92-1,03 для бетонов из умеренно подвижных смесей и до 0,85-0,93 для бетонов из высокоподвижных смесей. Установлено, что химические добавки на основе фосфатных и боратных соединений способствуют также существенному повышению морозостойкости и водонепроницаемости, значения которых обеспечиваются на уровне F100 и W10, соответственно. Отметим, что прочность модифицированных бетонов с добавками в возрасте 7-28 сут соответствует прочности контрольного бетона или превышает его. Подтверждена также высокая стойкость бетона на каустическом доломите в таких агрессивных средах, как бензин, дизельное топливо, спирты, минеральные масла и пр.

Кроме того, анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что смешанная добавка фосфат + борат снижает уровень деформаций расширения бетона на каустическом доломите в возрасте 28 сут практически в 10 раз [5].

Для выявления механизма улучшения показателей качества бетонов на каустическом доломите при введении добавок фосфатно-боратных соединений были проведены исследования поровой структуры методами оптической микроскопии с соответствующей компьютерной обработкой.

Представленные на рисунках 1 и 2 микрофотографии поровой структуры бетонов и анализ ее параметров (см.таблицу), показывают, что бетон с добавками, по сравнению с бездобавочным бетоном, имеет уменьшенную (на 15%) общую пористость при пониженном среднем диаметре пор (на 39%) и значительно большем относительном содержании пор размером до 0,3 мм, а также значительно увеличенную среднюю толщину междупоровых перегородок (в 1,87 раза). Такая структура обеспечивает повышение прочностных характеристик бетона, а в сочетании с образованием нерастворимых фосфатно-боратных комплексов и повышением плотности - увеличение его водонепроницаемости, морозостойкости и стойкости в агрессивных средах.


Проведенными исследованиями установлена возможность изготовления на основе каустического доломита ячеистых бетонов с широким диапазоном плотностей и прочностных характеристик.

Испытания показали, что при плотности 350-1400 кг/м3 и прочности 0,9-20,5 МПа соответственно коэффициент теплопроводности пенобетонов на каустическом доломите составляет 0,09-0,51 Вт/м?С, что соответствует уровню теплопроводности традиционных пенобетонов с соответствующей плотностью.

Звукоизолирующая способность магнезиально-доломитового пенобетона плотностью 540-900 кг/м3 составляет 41-45 дБ/м2, коэффициент звукопоглощения в диапазоне частот от 100 до 2000 Гц составляет 0,057-0,83 соответственно, что позволяет отнести пенобетон на каустическом доломите к эффективным звукоизоляционным материалам.

Выявлена техническая возможность применения в качестве заполнителей для бетонов на основе каустического доломита промышленных отходов (древесная стружка, золошлаковые смеси, бумажные и пластиковые отходы, отходы переработки автомобильных шин и т.д.) при частичном или полном замещением ими природного заполнителя - строительного песка. Предварительной обработки органических заполнителей не требуется. При этомобеспечивается получение бетонов плотностью 1400-2200 кг/м3 с прочностью 8-32 МПа.

Сочетание бетонов с различной плотностью на каустическом доломите позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики полов промышленных зданий. Пенобетоны и легкие бетоны с использованием промышленных отходов могут быть использованы для устройства нижнего слоя двухслойных полов для обеспечения и повышения их тепло- и звукоизоляции. Верхний слой, защищающий весь пол от воздействия воды, агрессивных сред, физического и температурного факторов, изготавливается из тяжелого бетона на модифицированном доломитовом вяжущем.

Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод о возможности использования бетонов на магнезиально-доломитовом вяжущем для устройства полов промзданий. Эффективность таких полов может быть повышена за счет введения добавок фосфатных и боратных соединений и применения бетонов с разной плотностью, в том числе пенобетонов и легких бетонов с заполнителями на основе техногенных продуктов.

№ п/п

Показатели

Бетон на вяжущем без добавок

Бетон на вяжущем с добавками фосфатных и боратных соединений

1

Пористость, %

12,73

10,84

2

Содержание пор в единице объема, 1/см3

1199,5

1327,5

3

Средняя толщина междупоровых перегородок, мм

0,15

0,28

4

Число пор в плоскости шлифа

699

982

5

Общий периметр пор, мм

114,9

72,8

6

Общая площадь пор, мм2

2,41

3,43

7

Средняя площадь пор, мм2

0,003

0,003

8

Средний периметр пор, мм

0,16

0,07

9

Средний диаметр пор, мм

0,041

0,025

10

Средний фактор формы

0,67

0,57

11

Максимальный диаметр пор, мм

0,35

0,83

12

Минимальный диаметр пор, мм

0,01

0,01

13

Количество пор размером до 0,3 мм

696

975

14

Общая площадь пор размером до 0,3 мм, мм2

2,14

0,95

15

Количество пор размером более 0,3 мм

3

7

16

Общая п&#