Исследование кинетики структурообразования кремнебетона Методика проведения экспериментальных работ

Изучалась кинетикаструктурообразования кремнебетона, приготовленного на основе высококремнеземистогощелочного стекла (ВКС-вяжущее) с предельной крупностью зерен 1,25 мм и натридимитокристобалитовом вяжущем (ТК-вяжущее) с предельной крупностью зерен0,63 и 1,25 мм. Кремнебетон на ВКС-вяжущем затворяли водой, а кремнебетон наТК-вяжущем — водой и жидким стеклом.

Времяизотермической выдержки варьировали в интервале: для кремнебетона на основе ВКС-вяжущего— от 7 до 35 ч; для кремнебетона на основе ТК-вяжущего — от 10 до 49 ч. Длябетона на ВКС-вяжущем время изотермической выдержки закрепляли на пяти уровнях(7, 14, 21, 28 и 35 ч), а для бетона на ТК-вяжущем — на семи уровнях (10, 14,21, 28, 35, 42 и 49 ч). Уровни и интервалы варьирования времени изотермическойвыдержки выбирали исходя из априорной информации. При этом принимали вовнимание степень растворимости кремнезема в различных полиморфных состояниях ипри различной щелочности среды, учитывали также как лабораторный, так и производственныйопыт изготовления кремнебетона. В связи с тем, что время предварительнойвыдержки, подъема и снижения температуры и давления не оказывает существенноговлияния на кинетику структурообразования и свойства кремнебетона, оно былопринято постоянным: 3, 3 и 4 ч соответственно.

Исследованияпроводили на пяти составах, изготавливая образцы-кубы с размером ребра 10 см.Составы кремнебетона, отличающиеся видом вяжущего, предельной крупностью зерен ТК-вяжущегои видом затворителя, приведены в табл. 1. О кинетикеструктурообразования кремнебетона судили по таким свойствам, как прочность,водопоглощение и водостойкость. Результаты испытаний образцов приведены в табл.2.

Материалы	Номер состава
	1	2	3	4	5
ВКС, фр. <1,25 мм	301	—	—	—	—
ТК смесь, фр. <0,63 мм	—	291	291	—	—
ТК смесь, фр. <1,25 мм	—	—	—	307	307
Затравка, Sуд=5000 см2/г	297	328	328	346	346
Песок кварцевый рядовой	366	274	274	301	301
Щебень кварцитовый, фр. 5–20 мм	1321	1379	1379	1321	1321
Жидкое стекло, ? = 1,3 г/см3	—	—	167	—	164
Вода	121	128	—	128	—

Таблица 1. Составы кремнебетонной смеси для определения оптимальноговремени изотермической выдержки кремнебетона

Номера состава	Время изотермической выдержки, ч	Свойства кремнебетона
		Прочность на сжатие, МПа		Водостойкость, %	Водопоглощение, %
		в сухом состоянии	в водонасыщенном состоянии
1	7	69,7	40,3	57,8	4,6
	14	110,3	79,1	71,7	3,4
	21	128,2	102,9	80,3	2,2
	28	123,1	92,2	74,9	2,6
	35	115,0	71,9	68,5	3,4
2	10	98,9	69,7	70,5	3,6
	14	104,5	86,0	82,3	3,2
	21	106,6	91,7	86,0	2,4
	28	108,1	81,9	75,8	3,0
	35	109,2	69,5	63,6	3,6
	42	110,4	64,7	58,6	3,8
	49	111,6	64,1	57,4	3,9
3	10	123,1	84,1	68,3	2,3
	14	134,2	101,3	75,5	1,4
	21	117,4	76,8	65,4	2,8
	28	99,2	46,1	46,5	4,8
	35	92,0	30,1	32,7	5,9
	42	89,5	23,5	26,3	6,4
	49	88,8	22,7	25,6	6,5
4	10	99,1	69,2	69,8	3,9
	14	106,8	83,4	78,1	3,5
	21	110,8	94,4	85,2	2,6
	28	112,8	94,0	83,3	2,7
	35	114,9	82,2	71,5	3,2
	42	116,2	74,1	63,8	3,5
	49	117,6	73,5	62,5	3,5
5	10	119,7	79,2	66,2	2,6
	14	132,0	99,1	75,1	1,7
	21	130,0	96,1	73,9	2,2
	28	114,5	70,8	61,8	4,2
	35	105,6	50,9	48,2	5,4
	42	102,7	38,5	37,5	5,9
	49	102,2	36,2	35,4	6,0

Таблица 2. Результаты испытаний образцов по определению оптимальноговремени изотермической выдержки кремнебетона

Анализполученных результатов

Исследуемые свойства кремнебетона врассматриваемом эксперименте изменяются в достаточно широком интервале:прочность на сжатие в сухом состоянии — от 69,7 до 134,2 МПа, водостойкость —от 25,6 до 86 %, водопоглощение — от 1,4 до 6,5 %.

По полученным результатам построеныграфики зависимости прочности, водостойкости и водопоглощения кремнебетона отвремени изотермической выдержки (рис. 1–3).

Рис. 1. Зависимость прочностикремнебетона от времени изотермической выдержки. 1–5 — номера составов по табл.1

Рис. 2. Зависимость водостойкостикремнебетона от времени изотермической выдержки. 1–5 — номера составов по табл.1

Рис. 3. Зависимость водопоглощения кремнебетона от времени изотермическойвыдержки. 1–5 — номера составов по табл. 1

Из приведенных зависимостей следует,что для всех составов кремнебетона в начальный период изотермической выдержки(до 15–20 ч) наблюдается интенсивное структурообразование, котороесопровождается ростом прочности и водостойкости и понижением водопоглощениякремнебетона. Оптимальное время изотермической выдержки зависит от исследуемыхфакторов и изменяется в интервале от 15 до 23 ч. Дальнейшее увеличение продолжительностиизотермической выдержки приводит к деструктивным явлениям, природу которых ещепредстоит установить, и сопровождается существенным снижением свойств.

Как интенсивность процесса структурообразования,так и степень деструкции в значительной степени зависят от щелочности кремнеземноговяжущего, предельной крупности его зерен и вида затворителя. Со снижениемпредельной крупности зерен техногенного кремнезема и повышением щелочностисреды интенсивность процесса структурообразования возрастает, вследствие чегооптимальное время изотермической выдержки, обеспечивающее максимальнуюстойкость кремнебетона, снижается с 24 до 14 ч.

Вид кремнеземного вяжущего при прочихравных условиях на интенсивность процесса структурообразования существенноговлияния не оказывает. Так, при предельной крупности зерен ВКС- и ТК-вяжущего1,25 мм оптимальное время изотермической выдержки в обоих случаях составляет 20ч. Степень деструкции кремнебетона главным образом зависит от вида кремнеземноговяжущего и щелочности среды. Изменение же предельной крупности зерентехногенного кремнезема с 1,25 до 0,63 мм существенного влияния не оказывает. Сповышением щелочности вяжущего степень деструкции повышается, вследствие чего,например, водостойкость состава 3 изменяется в интервале от 75 до 25%.

Наиболее высокими свойствами обладаеткремнебетон на высококремнеземистом щелочном стекле и тридимитокристобалитовомвяжущем, затворенном жидким стеклом: прочность — 131–138 МПа; водостойкость —78–83 %; водопоглощение — 1,3–2,1 %. Кремнебетон на ТК-вяжущем, затворенныйводой, обладает достаточно высокими характеристиками по прочности (R=106–110МПа), водостойкости (К=80–83%) и проницаемости (W=2,1–2,7%).

Учитывая характер влияния степени концентрациихимически агрессивных растворов на свойства кремнебетона, в агрессивных средахнизкой концентрации наиболее высокой стойкостью будет обладать кремнебетон на ТК-вяжущем,затворенный водой, а в агрессивных средах средних и высоких концентраций —кремнебетон на ВКС- и ТК-вяжущем, затворенном жидким стеклом.