Влияние температурно-влажностной обработки на набор прочности мелкозернистого бетона с добавкой сапонитсодержащего материала

Введение. Для восстановления и развития дорожной сети Соловецких островов могут быть использованы бетонные плиты. В настоящее время для улучшения эксплуатационных характеристик дорожных плит активно внедряются составы с добавками отходов производств, в том числе микро- и наноуровня. Для Архангельской области в качестве такого материала может применятся сапонитсодержащий отход горнодобывающей промышленности. При этом одним из способов ускорения процесса набора прочности композитов является пропаривание. Однако исследования, связанные с влиянием температурно-влажностной обработки на процесс твердения композита с высокодисперсным сапонитсодержащим материалом (ССМ), ранее не был изучен. Известно, что процесс сорбции влаги высокодисперсной добавкой позволяет управлять структурообразованием при твердении бетона, улучшая его эксплуатационные характеристики. Однако в условиях повышенной влажности количественное содержание воды затворения, рассчитанное исходя из величины водопоглощения ССМ, может значительно измениться и оказать влияние на процесс набора прочности композита. Поэтому целью данной работы является изучение влияния температурно-влажностной обработки на набор прочности мелкозернистого бетона с добавкой ССМ. Установлено, что ускоренный метод твердения бетона оказывает только положительный эффект на формирование прочной и плотной структуры. Однако в случае использования в качестве добавки высокодисперсного сапонитсодержащего материала может наблюдаться и обратный эффект (снижение прочности), связанный с сорбционными свойствами и особенностями его структуры. Методы и материалы. Выделенный из оборотной воды ССМ высушивали до постоянной массы и диспергировали на планетарной шаровой мельнице. Размер частиц определяли методом измерения динамического и электрофоретического светорассеяния, а величину удельной поверхности - методом сорбции азота (теория БЭТ). Набор прочности образцов мелкозернистого бетона контрольного и опытного (с добавкой ССМ) составов осуществляли двумя способами: в нормальных условиях и ускоренным методом с помощью пропаривания. Испытания на прочность образцов-кубов размером 70x70x70 мм проводили на автоматическом испытательном прессе по ГОСТ 10180. Исследование микроструктуры образцов осуществляли методом растровой электронной микроскопии. Результаты и обсуждение. Выделенный, высушенный и измельченный сапонитсодержащий материал (в виде порошка) обладал средним размером частиц 445±40 нм и удельной поверхностью 50670±10 м2/кг. В продолжение исследований были изготовлены контрольные (МЗБ) и опытные образцы мелкозернистого бетона (МЗБссм). Количество высокодисперсной добавки вводили в бетонную смесь на основе ранее полученных результатов кинетических исследований процесса водопоглощения сапонитсодержащего материала. Определение прочностных характеристик 1-МЗБ и 1-МЗБссм, твердеющих в нормальных условиях, проводили на 28 сутки. Образцы 2-МЗБ и 2-МЗБссм спустя сутки после затворения водой помещали в пропарочную камеру. По истечении времени выдержки их постепенно охлаждали и определяли прочностные характеристики. Установлено, что ускоренный способ набора прочности мелкозернистого бетона путем пропаривания положительно действует только на контрольные образцы. Для композита с добавкой ССМ температурно-влажностная обработка оказывает противоположное действие. Так, динамика набора прочности 1-МЗБ и 1-МЗБссм имеет однотипный характер. В начальный момент времени наблюдается активный участок набора прочности, но на 7 сутки прочность при сжатии у образцов опытного состава на 40% выше, чем у контрольного. При ускоренном способе твердения в первые два часа (стадия изотермического прогрева) наблюдался активный участок повышения прочности у 2-МЗБ и 2-МЗБссм. Последующее твердение контрольных образцов имеет линейную зависимость с постепенным повышением прочности до проектной за шесть часов. Для 2-МЗБссм спустя два часа пропаривания прочность резко начинает снижаться, а спустя шесть часов - наступает видимое разрушение структуры бетона. Следовательно, продолжительное температурно-влажностное воздействие на бетон с высокодисперсной добавкой ССМ приводит к снижению прочностных характеристик образцов. Вероятнее всего, это связано с перенасыщением влагой структуры композита. Поэтому в продолжение исследований были сделаны электронные фотографии микроструктуры бетона после трехчасового выдерживания в пропарочной камере. Так, микроструктура 2-МЗБссм, в основном, представлена губчатыми частицами, а количество образовавшихся игольчатых (кристаллов тоберморита) значительно уменьшилось по сравнению с контрольным. Наблюдается также значительное образование в опытном образце пустот, которые можно отнести к дефектам структуры полученного композита.