Краснов A. Высоконаполненный мелкозернистый песчаный бетон повышенной прочности // Строительные материалы. 2003 . №1. C. 36-3 Использование местных сырьевых ресурсов взамен дорогостоящих привозных снижает себестоимость строительных материалов и изделий. Полученный из местного сырья высоконаполненный высокопрочный мелкозернистый песчаный бетон (ВВМПБ) оказался высокоэффективным и экономичным. В разработке технологии получения ВВМПБ [1] были использованы: кварцевый песок Студенковского карьера Марий Эл с модулями крупности (2?2,3 и 1?1,1) в соотношении 4,1:0,9, молотый песок удельной поверхности 400-450 м2 /кг, портландцемент марки 400 при водотвердом отношении В/Т=0,075-0,088. Данный материал предназначен для применения в конструктивных элементах автомобильных дорог, находящихся в жестких природных условиях эксплуатации. Для получения плотной структуры мелкозернистого песчаного бетона была использована предлагаемая автором разночастотная виброустановка на базе стандартной виброплощадки путем введения дополнительной пружинной приставки с плитой-пуансоном и вмонтированным в нее вибровозбудителем с частотой колебания 10000 кол/мин (167 Гц). Плитой-пуансоном под воздействием сжатой вертикальной пружины было создано удельное давление на смесь, равное 0,0131 МПа, которое было определено математическими расчетами по методике, разработанной канд. техн. наук Б.П. Кутько (Кишинев). Вибрационная площадка со своим вибровозбудителем создала более низкую частоту колебаний ? 2800 кол/мин (47 Гц) для уплотнения крупных частиц песка, а высокая частота плиты-пуансона уплотняла зерна наполнителя и цементного теста
Для получения оптимальной микро- и макроструктуры цементно-песчаной смеси было использовано локально-интегральное моделирование исследований в виде полинома второй степени композиционного плана на кубе типа В3 [3]. К числу переменных факторов отнесли расход цемента (Ц) с наполнителем (МН) с шагом расхода 20% от нулевого уровня - Х 1; водоцементного отношения (В/Ц) ? Х2 и времени уплотнения бетонной смеси (t) - Х3 (табл. 1).
Таблица1
Уровни
Расход вяжущего, кг/мз
Код
Водоцементное отношение
Код
Время уплотнения, с
Код
Ц
МН
Верхний
367
294
+1
1
+1
t1
+1
Средний
306
244
0
2
0
t2
0
Нижний
245
195
-1
3
-1
t3
-1
Для сравнительного анализа в технологии получения мелкозернистого песчаного бетона были использованы различные виды уплотняющего устройства с соответствующими им параметрами (табл. 2).
Таблица 2
№ серии
Виды уплотнения бетонной смеси
Параметры уплотнения
Время уплотнения, с
Прочность при сжатии, МПа
колебания, ?А?, мм
удельное
виброплощадка
плита-пуансон
давление, МПа
1
Гравитационная укладка бетонной смеси
-
-
-
<5
10-15
2
 Вибрационное уплотнение от возмущающей силы виброоргана без пригруза
0,65
-
-
20-30
20-25
3
 То же с пригрузом
0,65
0,65
0,0036
28-35
30-35
4
 То же с установкой между бетонной смесью и пригрузом металлической пластины
0,8
0,85
0,0036
35
35-40
5
 Поливибрационное: промежуточная пластина, пружинная установка вертикального действия на плиту-пуансон с укрепленной к виброплощадке формой
1,45
1,2
0,0131
60-100
55-60
6
 Поливибрационное: в период уплотнения
1,45
0,66-0,7
0,0131
100-120
80-85
Результаты показали существенное влияние на качество микро- и макроструктуры жесткой смеси мелкозернистого песчаного бетона вибрационного уплотнения с пригрузом и особенно поливибрационного (табл. 2). За период уплотнения происходит ряд изменений в структуре формируемой бетонной смеси вследствие искусственной контракции, уменьшения пористости, исключения части пластических деформаций, которые подтверждены исследованиями [4]. В конце периода уплотнения, когда цементно-песчаная смесь достигла своей максимальной плотности, а следовательно, и динамической характеристики, происходит интенсивный процесс образования связующего из цементного геля. В жидкой фазе завершается доуплотнение зернового состава песчаного бетона с перекомпоновкой дисперсных частиц. При равновесном энергетическом взаимодействии [5] повышается концентрация цементного геля [4]. Это дало возможность уплотнить песчаный бетон до средней плотности 2800?2300 кг/м3 и повысить прочность его до 80?85 МПа в возрасте 28 сут. Характер изменения плотности представлен фрагментами микрофотографий, полученных увеличением в 400 раз с помощью оптического прибора МИМ-8. На первой фотографии (рис. 2а) показан фрагмент микроструктуры песчаного бетона 2-й серии (табл. 2) вибрационного уплотнения без пригруза. На микрофотографии видно, что кварцевые зерна диаметром 0,06 мм расположились в виде кубической формы с расстоянием между ними 0,03?0,04 мм, заполненным цементным гелем. Такое расстояние указывает на то, что уплотнение не достигло оптимального значения, что при оптимальной цементной пленке между зернами заполнителя, равной 13?15 мкм [4|, присутствует объемный цементный камень со всеми присущими ему дефектами: микро- и макропорами, трещинами, внутренними полями напряжений деструкционного характера. Прочность такого бетона невысокая и составляет не выше 20-25 МПа.
Уплотнение бетонной смеси с пригрузом (табл. 2, 4-я серия) увеличило плотность песчаного бетона в воздушно-сухом состоянии до 2100 кг/м3 , а прочность при сжатии до 35?40 МПа. На микрофотографии структуры межзернового пространства отмечается интенсивное заполнение его кварцевыми наполнителями размерами 0,015?0,017 мм, расположенными вокруг зерна большего размера ? структурообразующей частицы размером 0,05?0,06 мм и небольшим числом пор (3?4 шт.) диаметром, не превышающим 0,005-0,018 мм (рис. 2б). Уплотнение смеси поливибрационного формования (табл. 2; 5?6-я серии бетонов) выявило более плотную межзерновую структуру из мелких зерен шестиугольной формы диаметром 0,05?0,06 мм. Расстояние между зернами твердой фазы цементного камня составило 7?9,7 мкм в виде кластсрообразования. Равномерное и плотное расположение разнофракционного кварцевого наполнителя в межзерновом пространстве ВВМПБ способствовало росту средней плотности композита до 2300 кг/м3, а прочности при сжатии ? от 80 МПа и более (рис. 2 в). Результаты проведенных исследований показали, что способ уплотнения бетонных смесей зависит от их жесткости и для достижения наибольшей прочности бетона необходимо поливибрационное уплотнение. Список литературы 1. А.с. 1310362 СССР. Бетонная смесь. A.M. Краснов, ВТ. Журавлев, С.В. Аганина, Е.П. Новожилова // Открытия и изобретения. 1987. № 18. 2. Грушко И.М. Основы научных исследований // И.М. Грушко, В.М. Сиденок. Харьков: Вища школа. 1983. 3. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат. 1981. 4. Соломатов В.И. Интенсивная технология бетонов // В.И. Соломатов, М.К. Тахиров, Тахер Шах Мд. Совместное изд. СССР - Бангладеш. М.: Стройиздат. 1989.