Каприелов С.С., д.т.н., Шейнфельд А.В., к.т.н., Батраков В.Г., д.т.н.,проф (НИИЖБ, Центр Модифицированных Бетонов)

КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР МАРКИ МБ-01

  Современные инженерные сооружения и, в частности, железобетонные конструкции, в нашем представлении ассоциируются с термином «High Performance Concretes» (НРС), под которым подразумеваются бетоны нового поколения, отличающиеся высокими эксплуатационными свойствами. Сформировавшаяся сегодня концепция НРС, как известно, основана, прежде всего, на комплексном использовании суперпластификаторов (СП) и микрокремнезема (МК) и может быть успешно реализована при условии, что НРС сохранит все достоинства, сделавшие бетон основным конструкционным материалом строительства, т.е. технология производства бетонных смесей, так же, как процесс бетонирования конструкций должны быть доступными и не трудоемкими. В связи с этим актуальна проблема транспортировки и применения микрокремнезема, который, являясь ультрадисперсным пылящим материалом, вызывает определенные трудности в технологии производства бетонных смесей.

  Как известно, в настоящее время микрокремнезем может поставляться и применяется в трех отпускных формах: в неуплотненном состоянии с насыпной плотностью 150-200 кг/м³, в сухом уплотненном состоянии с насыпной массой около 500 кг/м³ и в виде пасты - водной суспензии концентрацией 50-60% [1-4]. Наиболее предпочтительным, как показывает прак-тика, является сухой уплотненный материал.

  Бесспорным шагом вперед в развитии отпускных форм микрокремнезема и, соответственно, в упрощении технологии производства бетонов нового поколения нам представляется композиционный материал, состоящий из микрокремнезема и другого обязательного компонента бетона - суперпластификатора.

  Разработана оригинальная технология производства такого композиционного материала, который состоит из МК, СП и регулятора твердения и является, по-существу, комплексным модификатором полифункционального действия. Модификатор, который производится в промышленных масштабах под названием «Модификатор бетона марки МБ-01», представляет собой порошок насыпной плотностью 750-800 кг/м³, состоящий из гранул размером до 100 мкм [5]. Каждая гранула представляет собой агрегат из ультрадисперсных частиц микрокремнезема, покрытых затвердевшей адсорбционной пленкой из суперпластификатора и регулятора твердения. Этот материал можно транспортировать в железнодорожных вагонах насыпью, он удобен в применении, т.к. не требует затрат по созданию специальных технологических линий по подаче МК и СП в бетоносмесители. Благодаря указанным свойствам комплексный модификатор представляется эффективным средством успешной реализации концепции бетонов с высокими эксплуатационными свойствами.

  Ниже приводится информация о свойствах модификатора МБ-01 и результатах исследований свойств бетонных смесей и бетонов.

  Исследования проводились с целью оценить эффективность комплексного модификатора МБ-01, как активного микронаполнителя, в сравнении с сочетанием основных компонентов модификатора: микрокремнеземом и суперпластификатором, вводимыми в цементную систему по традиционной схеме, т.е. раздельно. Для этого проведен комплекс лабораторных и производственных экспериментов с применением как стандартных, так и специальных методов испытаний.

  Механизм действия МБ-01 на цементные системы заключается в следующем: при затворении водой и перемешивании компонентов бетонной смеси происходит дезагрегация гранул модификатора. Дезагрегации при перемешивании способствует также растворение затвердевшей адсорбционной пленки (прослойки) из суперпластификатора (рис.1), разделяющей частицы микрокремнезема. Это соответствует классическому представлению о том, что присутствие поверхностно-активного вещества в жидкой фазе дисперсной системы интенсифицирует как принудительное, так и самопроизвольное диспергирование «твердого тела с дефектами структуры» [6], каковым является в данном случае гранула.

  По мере растворения и дезагрегации в жидкую фазу «порционно» поступают молекулы СП, которые пластифицируют систему. «Порционное» поступление СП и замедлителя твердения в жидкую фазу является условием обеспечения повышенной пластичности и стабильной консистенции бетонной смеси во времени (рис.2), что особенно важно при длительной транспортировке смесей и возведении монолитных конструкций. Возможно именно «порционное» поступление СП в жидкую фазу и растянутая во времени дезагрегация гранул МБ-01 является причиной другого эффекта - пониженной водопотребности бетонных смесей.

  В целом основные свойства бетона - прочность на сжатие и проницаемость - практически не отличаются от бетона с МК и СП, приготовленного по обычному способу (рис.3,4), что дает основание утвердиться в мнении, что формирование структуры цементного камня и бетона происходит в соответствии с известными закономерностями [7], характерными для системы с микрокремнеземом и суперпластификатором. Это означает, что с применением МБ-01 и расходе обычного портландцемента М400 в пределах 500 кг/м³ можно получить бетоны сверхвысокой прочности^*) (выше класса В60), низкой проницаемости (выше марки W18), повышенной стойкости к воздействию сульфатов, хлоридов и слабых кислот, т.е. бетоны с высокими эксплуатационными свойствами. Однако отметим, что в модификаторе МБ-01, который позволяет получать более пластичные смеси и повышенную прочность бетона, содержание основных ингредиентов (микрокремнезема и, особенно, суперпластификатора), как правило, меньше, чем в контрольном бетоне, приготовленном с раздельным введением тех же ингредиентов (табл.1). Таким образом, два материала, соединенные в комплексный продукт в новой форме, обретают и новое качество - становятся более эффективными. Причину этого явления еще предстоит исследовать.

Таблица 1

Составы бетонных смесей и прочность бетонов, содержащих микрокремнезем и суперпластификатор, а также модификатор бетона МБ-01

№	Состав бетонной смеси, кг/м3									Осадка конуса, см	Прочность бетона на сжатие… сут. нормального хранения, МПа
	Цемент	Микро- крем- незем	Супер- пласти- фикатор (СП) С-3	Модификатор МБ-01			Песок	Щебень	Вода
				Общее коли- чество	Основные компоненты						1	3	7	14	28
					МК	СП С-3
1	300	32	6,6	-	-	-	735	1115	175	19	6,6	12,7	22,0	31,2	42,3
2	300	-	-	35	31,10	3,50	745	1120	173	20	3,2	12,5	26,4	35,3	45,4
3	310	45	6,9	-	-	-	730	1125	165	20	10,7	20,0	30,7	42,8	59,6
4	310	-	-	50	44,42	5,00	745	1130	161	22	7,0	19,5	33,2	46,7	63,0
5	450	45	6,6	-	-	-	660	1060	171	20	20,5	31,4	47,4	58,2	70,0
6	450	-	-	50	44,42	5,00	670	1060	170	22	14,2	31,0	50,6	60,2	76,1
7	500	60	11,2	-	-	-	580	1080	167	20	35,1	50,6	66,2	76,8	85,1
8	500	-	-	70	62,18	7,00	585	1080	165	20	30,0	50,2	68,8	80,0	92,2

_________________________________
    *) Это определение мы применяем для бетонов, кубиковая прочность которых превышает 80 МПа, т.е. верхний предел, предусмотренный СНиП 2.03.01-84.

  Заслуживает внимания эксперимент, проведенный в производственных условиях, и анализ технологии производства бетонных смесей.

  Из данных на рис.5 можно в условных единицах качественно оценить изменение вязкости бетонных смесей при одновременной загрузке всех ее компонентов в бетоносмеситель. В начальный период вязкость смесей с МБ-01 относительно высокая, затем снижается, стабилизируясь на определенном уровне. Это - одна из особенностей технологии производства смесей с МБ-01, которая связана с тем, что пластификация смеси происходит не сразу, а постепенно по мере растворения и «порционного» поступления в жидкую фазу суперпластификатора, находящегося в составе МБ-01. Другая особенность технологии производства бетонных смесей заключается в том, что МБ-01, обладая сравнительно высокой насыпной массой может транспортироваться, храниться, дозироваться и подаваться в бетоносмеситель по той же схеме, что и цемент, не требуя специального оборудования. При этом исключается необходимость отдельно вводить в смеси суперпластификатор. Это - важное обстоятельство, позволяющее любому предприятию без особой подготовки организовать производство бетонов с высокими эксплуатационными свойствами.

  Вышеуказанное делает модификатор МБ-01 более предпочтительным материалом для стройиндустрии по сравнению с известными зарубежными аналогами, например, уплотненным микрокремнеземом, производимым по технологии фирмы «Elkem», который, имея насыпную массу около 500 кг/м³, транспортируется обычно в мелкообъемной таре и требует специальной технологической линии для приема, хранения, дозирования и подачи [4].

  На рис.6 представлена схема типового завода, который, благодаря МБ-01 производит смеси для возведения конструкций из бетонов с высокими эксплуатационными свойствами для оригинальных инженерных сооружений в Москве. Можно заметить, что в схеме отсутствует специальная линия по приему, хранению и подаче СП, а комплексный модификатор МБ-01 принимается и хранится в цементных силосах и подается в смеситель через дозатор цемента. За пять месяцев 1996 г. изготовлено 460 т модификатора, с применением которого произведено около 8 тыс.м³ бетонных смесей для возведения конструкций транспортных сооружений и торгово-рекреационного комплекса «Манежная площадь».

ВЫВОДЫ

1. Комплексный модификатор бетона МБ-01 на основе микрокремнезема, суперпластификатора и регулятора твердения, представляющий собой порошкообразный материал насыпной массой 750-800 кг/м³, позволяет получать бетоны с такими же характеристиками, как при введении в бетонную смесь микрокремнезема и суперпластификатора раздельно, т.е. при расходе портландцемента М400 в пределах 500 кг/м³ обеспечивается сверхвысокая прочность (выше 80 МПа), низкая проницаемость (выше марки W18), повышенная стойкость к воздействию сульфатов, хлоридов, слабых кислот. Однако, в комплексном модификаторе количество основных ингредиентов - микрокремнезема и, особенно, суперпластификатора, ниже, чем должно быть в бетоне с такими же характеристиками, но приготовленными с раздельным введением тех же ингредиентов.
2. Преимуществом комплексного модификатора вышеуказанной формы, по сравнению с раздельным применением микрокремнезема и суперпластификатора, является возможность получения более пластичных бетонных смесей, сохраняющих консистенцию более продолжительное время, а также упрощенная технология производства бетонов нового поколения с высокими эксплуатационными свойствами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Holland T.C. Working with Silica Fume in Ready-Mixed Concrete - USA Experience. CANMET/ACI Third International Conference. Trondheim, Norway, 1989, Proceedings, V.2, p.p. 763-781.
2. Radjy F.F., Bogen T., Sellevold E.J., Loeland K.E. A Review of Experiences with Condensed Silica-Fume Concretes and Products. CANMET/ACI Second International Conference. Madrid, Spain, 1986, Proceedings, V.2, p.p.1135-1152.
3. Method of Producing Stabilized aqueous dispersions of Silica Fume. US Patent ? 4321243 C04B, 33/141.
4. Method of Compacting Silica Dust. US Patent ? 4126424, B01J 2/16.
5. ТУ 5743-02595332-96 «Модификатор бетона марки МБ-01. Технические условия» (НИИЖБ, 1996 г.).
6. Ребиндер П.А. Современные проблемы коллоидной химии. В кн. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды. М., «Наука», 1978, стр.36-49.
7. Каприелов С.С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов. Бетон и железобетон, 1995, № 4, стр.16-20.