5.14 Прессованные бетоны с использованием модифицированного кварцевого заполнителя для дорожных покрытий

Саламанова М.Ш., Эльмурзаев А.З. (ГГНТУ, г. Грозный, РФ)

В статье приведены результаты исследований эффективности действия катионактивной добавки алкилдиметилбензиламмоний хлорид (АДМАХ) на прессованные мелкозернистые бетоны, и установлено влияние наполнителей из тонкомолотых кварцевых песков на свойства прессованных модифицированных композитов. Исследована контактная зона «цементный камень – заполнитель».

The results of studies on the effectiveness of the cationic additives pressed fine-grained concrete and established the influence of fillers from fine quartz sand on the properties of extruded modified composites. Investigated the contact zone «cement stone – placeholder».

Ежегодно для строительства новых, ремонта и восстановления существующих дорожных покрытий тратится огромное количество средств и материалов. Для повышения срока службы цементобетонных покрытий необходимо совершенствовать дорожный бетон, технологию производства и конструкции покрытий на его основе. К таким более совершенным дорожным бетонам следует отнести прессованный мелкозернистый бетон на модифицированном заполнителе.

Одним из основных факторов в формировании прочности бетонов является сцепление цементного камня с заполнителем, а прочность сцепления величина, характеризующая процессы, происходящие в зоне контакта цементного камня с заполнителем. Поэтому для усиления контактной зоны «цементный камень-заполнитель» применяют различные физико-химические методы, такие как модификация поверхности заполнителя различными ПАВ, обработка его жидким стеклом, ультрафиолетовое облучение и др.

Согласно представлениям Ребиндера П.А. [1] молекулы ПАВ при адсорбции, главным образом, ориентируются относительно твердой поверхности: полярные гидроксильные функциональные группы притягиваются поверхностью и удерживаются ею, за счет сил электростатического или химического взаимодействия, а гидрофобные углеводородные радикалы обращаются в противоположную от поверхности сторону.

Отрицательный заряд поверхности заполнителя предопределяет использование катионактивных ПАВ, способных наиболее эффективно повысить адгезионную связь на поверхности раздела цементная матрица – заполнитель. Отсюда следует, что одной из важных характеристик ПАВ является их электрокинетическая активность и не менее важный показатель оптимальное содержание ПАВ в композите, обеспечивающее максимальное увеличение прочности.

Экспериментальные исследования проводились в учебно-научной лаборатории строительного факультета ГГНТУ имени академика М.Д. Миллион-щикова. Для исследования влияния обработки заполнителя на свойства прессованного бетона использовали катионактивные ПАВ: алкилдиметилбензиламмоний хлорид (АДМАХ) и метилсиликонат натрия (ГКЖ-11).

В работе для проведения исследований были использованы образцы-цилиндры с размером высота и диаметр 70,0 мм, которые формовались прессованием при удельном давлении 30 МПа. Выбор формы-цилиндр был обусловлен возможностью определять все изучаемые свойства прессованного мелкозернистого бетона, кроме того наблюдается однородное уплотнение формовочной смеси.

Опытные образцы изготавливали из полусухой формовочной смеси с В/Ц=0,24-0,30, при проведении экспериментов использовался портландцемент М500 без добавочный с Чири-Юртовского цементного завода, в качестве заполнителя применялись мытые пески Червленского месторождения и мытый отсев от дробления горных пород Аргунского карьера, которые смешивались в соотношении 1:1. Смешанный заполнитель подвергался поверхностной модификации катионактивной добавкой в течение 10 минут. Также в состав формовочной смеси вводился наполнитель (удельная поверхность 650 м²/кг) из тонкомолотых кварцевых песков Веденского месторождения.

В опыте были приготовлены три состава бетона: контрольный и с добавками АДМАХ и ГКЖ-11, которыми обрабатывался заполнитель. В составах были постоянными расход вяжущего и воды затворения. Затем отформованные образцы-цилиндры были выдержаны в нормальных условиях до возраста 28 суток. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица 1 - Влияние катионактивной добавки на свойства прессованных бетонов

Вид используемой катионактивной добавки	Распа­лубочная проч­ность бетона, МПа	Коэф-т уплотне­ния купл	Свойства затвердевшего композита
			Средняя плотность, кг/м3	Водопо­глощение по массе, %	Предел прочности при сжатии, МПа	Открытая пористость, %
Контрольный (без добавки)	0,85	1,69	2290	5,20	43,3	10,1
С добавкой АДМАХ 0,1 %	0,95	1,76	2350	2,43	56,6	7,2
С добавкой ГКЖ-11 0,1 %	0,92	1,72	2320	3,82	53,8	8,7

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что через 10-20 мин контакта катионактивных ПАВ с заполнителем достигается равновесие, модификация заполнителя катионактивными добавками, улучшила уплотняемость формовочной смеси, уменьшилось содержание открытых пор в прессованных композитах и все это отразилось на их прочности.

Можно полагать, что при обработке кварцевого заполнителя растворами АДМАХ и метилсиликоната натрия низких концентраций происходит химическое взаимодействие их молекул с поверхностью заполнителя. При этом происходит катионный обмен катионактивных ПАВ с обменными центрами поверхности адсорбента и хемосорбция на других активных центрах [2].

Изучение структуры прессованного мелкозернистого бетона с использованием заполнителя поверхностно обработанного катионактивной добавкой АДМАХ, производилось методом растровой электронной микроскопии (рисунок 1).

Исследования показали, что микроструктура цементного камня в возрасте 28-суточного твердения (рисунок 1, увеличение ×5000) образцов бездобавочных представлена рыхлой матрицей, отсутствуют новообразования с выраженным габитусом кристаллов. В 28-суточном возрасте микроструктура матриц образцов с использованием модифицированного заполнителя преимущественно представлена плотной массой и мелкозернистой фазой, при этом основной элемент микроструктур – кристаллогидрат игольчатой формы. Отмечается высокая однородность структуры и четкое прорастание гидросиликатов по всей матрице композитов. У цементного камня с использованием модифицированного заполнителя практически отсутствуют поры и пустоты.

а
б

Рисунок 1 - Микрофотографии контактной зоны цементного камня с заполнителем (увеличение ×5000):

а – цементный камень бездобавочный;

б – цементный камень с использованием модифицированного заполнителя

Заключение

1. Использование модифицированного катионактивной добавкой АДМАХ заполнителя и применение наполнителей из тонкомолотых кварцевых песков положительно влияет на процессы структурообразования.

2. Поверхностная модификация заполнителя существенно повышает физико-механические и эксплуатационные свойства прессованных мелкозернистых композитов, предназначенных для строительства дорожных покрытий.

Литература

1 Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества / П.А. Ребиндер // - М.: Знание, 1961. - 146 с.

2 Айлер P. Химия кремнезема / P. Айлер //- Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 712 с.

3 Ядыкина В.В. Повышение эффективности асфальто- и цементобетонов на основе техногенного сырья /В.В. Ядыкина //Наука и техника в дорожной отрасли. -2004. -№1. -С.45-47.

4 Дворкин, Л.И. Цементные бетоны с минеральными наполнителями / Л.И. Дворкин, В.Н. Соломатов, В.Н. Выровой, С.Н. Чудновский - Киев.: Будивельник, 1991. – 135 с.