ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНОВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМ САПОНИТ- СОДЕРЖАЩИМ МАТЕРИАЛОМ

Введение. Реализация программы развития Северных и Арктических территорий не представляется возможной без использования в строительной индустрии современных материалов и технологий. Одним из наиболее распространённых и востребованных строительных материалов является мелкозернистый бетон, для производства которого используют химические добавки в основном импортного производства, улучшающие эксплуатационные характеристики композита. Поэтому актуальной проблемой является замена импортных составляющих на добавки российского производства. В качестве такой добавки можно использовать техногенное сырье в виде сапонитсодержащего отхода алмазодобывающей промышленности.

Материалы и методы. Для изготовления мелкозернистого бетона использовали речной песок средней крупности месторождения «Кеницы», в качестве вяжущего – портландцемент ЦЕМ II/А-Ш компании ОАО «Мордовцемент». Выделенный из оборотной воды процесса обогащения кимберлитовых руд сапонитсодержащий материал предварительно подвергали механоактивации. Контрольные образцы бетона и опытные (с высокодисперсной добавкой) готовили по стандартным методикам. После выдержки в течение 28 сут были определены эксплуатационные характеристики полученных образцов (предел прочности на сжатие, морозостойкость и водонепроницаемость).

Результаты. В качестве добавки в бетонную смесь использовали высокодисперсный сапонит-содержащий материал со средним размером частиц 445±40 нм и удельной поверхностью 50670±10 м2 /кг. Определение прочностных и морозостойких характеристик показало значительное увеличение данных показателей у опытных образцов. Кроме того, введение минеральной добавки способствует повышению марки по водонепроницаемости. Анализ микроструктуры бетонных образцов методом растровой электронной микроскопии показал, что в опытных образцах, в отличие от контрольных, присутствуют гидросиликаты группы тоберморита, играющие роль дополнительного связующего.

Обсуждение и заключение. Установлено, что минеральная добавка увеличивает прочность опытных образцов бетона в 1,6 раза по сравнению с контрольными. При этом повышается морозостойкость (с F100 до F300) и водонепроницаемость (с W6 до W10). Полученные данные позволяют рассматривать ССМ как активный минеральный компонент в вяжущих композициях гидратационного типа твердения. Разрабатываемая бетонная смесь с добавкой сапонитсодержащего материала позволит не только снизить антропогенное воздействие на регион, но и получить экологически чистое сырье российского производства. Экономический эффект при сравнении с аналогами составит 26%. 

1. Sohail M.G., Wang, B.,Jain, A.,Dawood, M.,Belarbi, A. Advancements in concrete mix designs: High-performance and ultrahigh-performance concretes from 1970 to 2016. Journal of Materials in Civil Engineering, 2018, 30 (3), 04017310

2. Alnahhal M.F., Alengaram, U.J.,Jumaat, M.Z., Alqedra, M.A.,Mo, K.H. Effect of aggressive chemicals on durability and microstructure properties of concrete containing crushed new concrete aggregate and non-traditional supplementary cementitious materials. Construction and Building Materials, 2018, 163, pp. 482-495

3. Wang H.-J.,Wang, H.-H.,Wei, H.,Gu, C.-Y. Analysis for frost-resistant durability of C25 level hydraulic concrete in severe cold region, Shenyang Gongye Daxue Xuebao. Journal of Shenyang University of Technology, 2015, 37(2), pp. 207-211

4. Фролова М.А., Лесовик В.С. Архитектурная геоника для Северо-Арктического региона. Эффективные строительные композиты // Научно-практическая конференция к 85-летию заслуженного деятеля науки РФ, академика РААСН, доктора технических наук Баженова Юрия Михайловича. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2015. С. 711–717.

5. Samimi, K., Kamali-Bernard, S., Maghsoudi, A.A. Durability of self-compacting concrete containing pumice and zeolite against acid attack, carbonation and marine environment. Construction and Building Materials, 2018,165, pp. 247-263.

6. Wawrzeńczyk, J.,Juszczak, T.,Molendowska, A. Effec of Binder Composition on the Structure ofCement Paste and on Physical Properties and Freeze-Thaw Resistance of Concrete. Procedia Engineering, 2016, 161, pp. 73-78.

7. Лесовик В.С. Строительные материалы. Настоящее и будущее // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 1 (100). С. 9–16.

8. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Высокопрочный легкий бетон как инструмент для развития строительной отрасли // Бетон и железобетон. 2017. № 1 (16). С. 14–16.

9. Kamal M.M., Safan, M.A., Bashandy, A.A., Khalil, A.M. Experimental investigation on the behavior of normal strength and high strength self-curing self-compacting concrete. Journal of Building Engineering. 2018. 16. pp. 79-93

10. Лесовик В.С., Федюк Р.С. Теоретические предпосылки создания цементных композитов повышенной непроницаемости // Вестник СибАДИ. 2016. № 1 (47). С. 65-72.

11. Яковлев Г.И., Федорова Г.Д., Полянских И.С. Высокопрочный бетон с дисперсными добавками // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 2. С. 35–42.

12. Le H.T., Ludwig, H.-M. Effect of rice husk ash and other mineral admixtures on properties of self-compacting high performance concrete. Materials and Design. 2016. № 89. pp. 156-166.

13. Davraz M., Ceylan, H., Topçu, İ.B., Uygunoğlu, T. Pozzolanic effect of andesite waste powder on mechanical properties of high strength concrete. Construction and Building Materials. 2018.165. pp. 494-503.

14. Liisma, E., Raado, L.M., Kraht, J. The damaging effect of carbonation process on frost resistant concrete after freeze/thaw cycles. Advanced Engineering and Technology. II - Proceedings of the 2nd Annual Congress on Advanced Engineering and Technology, CAET 2015. 2015. pp. 13-18.

15. Cwirzen A., Sztermen, P., Habermehl-Cwirzen, K. Effect of baltic seawater and binder type on frost durability of concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 2014, 26(2). pp. 275-282

16. Yanturina R.A., Trofimo , B.Ya., Ahmedjanov, R.M. Structuring in Cement Systems with Introduction of Graphene Nano-Additives. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. 262 (1). 012017.

17. Fládr J., Bílý, P. Specimen size effect on compressive and flexural strength of high-strength fibre-reinforced concrete containing coarse aggregate. Composites Part B: Engineering. 2018. 138. pp. 77-86.

18. Alrekabi S., Cundy, A.B., Lampropoulos, A., Whitby, R.L.D., Savina, I. Mechanical performance of novel cementbased composites prepared with nano-fibres and hybrid nanoand micro-fibres. Composite Structures. 2017. 178. pp. 145- 156.

19. Lim J.L.G., Raman, S.N., Lai, F.-C., Zain, M.F.M., Hamid, R. Synthesis of nano cementitious additives from agricultural wastes for the production of sustainable concrete. Journal of Cleaner Production, 2018. 171. pp. 1150- 1160.

20. Mymrin V., Pedroso, D.E., Pedroso, C., Iarozinski, A., Catai, R.E. Environmentally clean composites with hazardous aluminum anodizing sludge, concrete waste, and lime production waste. Journal of Cleaner Production, 2018. 174. pp. 380-388.

21. Ogurtsova. Y.N., Zhernovsky, I.V., Botsman, L.N. Efficienc of Composite Binders with Antifreezing Agents. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, 262 (1), 012029. 22. Perfilov V., Gabova, V. Nanomodified constructional fiber-reinforced concrete. MATEC Web of Conferences, 2017, 129, 05021.

22. Войтович Е.В., Чулкова И.Л., Фомина Е.В., Череватова А.В. Повышение эффективности цементных вяжущих с активным минеральным нанодисперсным компонентом // Вестник СибАДИ. 2015. № 5 (45). С. 56-62.

23. Морозова М.В., Айзенштадт А.М., Фролова М.А., Махова Т.А. Использование сапонит-содержащих отходов в качестве компонента сухой строительной смеси для мелкозернистых бетонов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Academia // Архитектура и строительство. 2015. №4. С. 137-141.

24. Морозова М.В., Айзенштадт А.М., Махова Т.А. Применение сапонитсодержащего материала для получения морозостойких бетонов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 1. С. 28–31.