Активные Минеральные Добавки И Наполнители

Минеральные добавки делят на активные минеральные добавки (АМД) и добавки-наполнители.

Активные минеральные добавки - это неорганические природные и искусственные материалы, обладающие пуццолановыми и/или гидравлическими свойствами. Если в такие добавки ввести тонкомолотую известь, портландцемент и другие вяжущие, то образуется тесто, способное после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть и в водных условиях.

Минеральные добавки разделяют на природные и искусственные.

Природные активные минеральные добавки в зависимости от происхождения разделяют на добавки осадочного (см. Использование осадочных горных пород в производстве) и вулканического происхождения. К добавкам осадочного происхождения относят диатомиты, трепелы, опоки, глиежи, к вулканическим добавкам - пеплы, трасы, пемзы, туфы и витрофиры, которые после размола в тонкий порошок называют цеолитами.

В группу искусственных активных минеральных добавок входят доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки (кислые и основные), зола и золошлаковые смеси, шлаки от производства меди, никеля и другие, нефелиновый шлам, зола-унос, шлаки от сжигания углей и другие кремнеземсодержащие добавки, зачастую обладающие гидравлическими свойствами. Кроме этого, выделяют высокоактивные искусственные пуццоланы, такие как микрокремнезем разного происхождения, зола от сжигания рисовой шелухи, метакаолин.

Активные минеральные добавки повышают плотность, водонепроницаемость, морозо-, сульфато-, щелочестойкость и солестойкость бетонов и строительных растворов, уменьшая одновременно расход клинкерного цемента. Количество вводимой добавки связано с ее активностью, может составлять от нескольких до 80% в пересчете на массу цемента и зависит от применяемых марок цемента, а также от марок производимых бетонов и растворов.

Микрокремнезем, белая сажа, зола рисовой шелухи, метакаолин относят к высокоактивным минеральным добавкам. На их пуццолановые свойства практически не влияют некоторые отклонения в химическом составе, как это происходит в золе-унос.

Общим для этих материалов является предпочтительное содержание в их составе аморфного кремнезема или другого активного вещества, они обладают чрезвычайно высокими удельной поверхностью и пуццолановой активностью. Но частицы названных материалов значительно отличаются друг от друга размерами, формой, склонностью к агрегации и величиной удельной поверхности, зависящей от особенностей строения частиц.

К добавкам-наполнителям относят тонкомолотые минеральные вещества, применяемые для разбавления цемента и других вяжущих, с целью их экономии в случае, когда марка вяжущего значительно превышает марку бетона или раствора, а также в качестве уплотнителей. Добавки-наполнители изготавливают из различных горных пород и техногенных продуктов путем помола. Для этой цели используют известняки, изверженные горные породы, пески и отходы промышленности. Процентное содержание добавок-наполнителей в каждом конкретном случае устанавливают опытным путем. Они способствуют тому, что бетон уменьшает расслаиваемость, происходит снижение проницаемости бетона, повышается качество получаемых поверхностей изделий.

Все добавки вводят в тонкомолотом состоянии, тонкость помола характеризуется остатком на сите № 008, который должен быть не более 15% - дисперсность добавок должна быть сопоставима с дисперсностью вяжущего или выше.

Добавки можно вводить в клинкер при размоле, также вводят в растворные и бетонные смеси. Изменяются свойства бетонной смеси и бетона при введении минеральных добавок, это проявляется через непосредственное участие частиц добавок в гидратации и твердении цемента, а также когда цементный камень формирует структуру и свойства в получаемых материалах. Косвенно влияние минеральных добавок проявляется в воздействии на свойства бетонных и растворных смесей, такие как плотность, растворо- и водоотделение. Введение активных минеральных добавок, как правило, повышает вязкость бетонной или растворной смеси.

Техническое использование эффекта от внедрения активных минеральных добавок в бетонах и растворах зависит от эффективности воздействия добавки получаемого материала и возможно:

• путем перехода на повышенный класс бетона (раствора), по характеристикам Rсж, F и W, достигаемого при наличии высокой эффективности активных минеральных добавок;
• путем уменьшения расхода цемента в бетоне (растворе) при сохранении заданных показателей качества бетонной смеси и бетона.

Для оценки эффективности применения активных минеральных добавок могут использоваться следующие показатели эффективности (Эц):

a) Эц = (Ц1/R1 - nЦ2/R2) / (Ц1/R1)100%,

при W1 ≈ Ц2: Эw = (1 - n R1/R2)100%

Эц = (Ц1/R1 - nЦ2/R2) / ((1-n)Ц/R)100%,

где: Ц1 - расход цемента в бетоне эталонного состава (БЭС) на исходном цементе, R1- прочность БЭС на исходном цементе, Ц2 - расход смешанного вяжущего с АМД в БЭС, R2 - прочность бетона на смешанном вяжущем, n - доля исходного цемента в смешанном вяжущем в долях единицы:

б) ∆V - увеличение объема выхода бетона, %, за счет использования активных минеральных добавок при неизменных расходах цемента

∆V = 100Эц/(100-Эц),%

в) определенное самостоятельное значение имеет также показатель

1/Эц - эквивалентная масса минеральной добавки, заменяющая единицу массы цемента в бетоне.

С учетом показателей эффективности активных минеральных добавок можно классифицировать на следующие группы.

Первая группа - активные минеральные добавки высокой эффективности Эц>7 и 1/Эц<1,4, ∆V>233%. Степень водопотребности низкая, В/Д<0,52 (0,48-0,52) в бетоне эталонного состава (БЭС). Активные минеральные добавки проявляют гидравлическую активность и отчасти пуццолановую. К ним относятся молотые доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки с Sуд≥250 м2/кг и остатком на сите № 008≤15%.

Применяются эти добавки чтобы повысить прочность бетона при сжатии (Rсж), морозостойкости (F), водонепроницаемости (W), экономии цемента (Эц), придания бетонам специальных свойств (жаростойкости, сульфатостойкости, стойкости против внутренней коррозии бетона, для снижения тепловыделения). Добавки этой группы способствуют замедлению процессов старения структуры цементного камня пропаренного бетона, что повышает его морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионную стойкость (см. Добавки ингибиторы коррозии). Активные минеральные добавки улучшают также и свойства бетонной смеси, повышая ее однородность и снижая расслаиваемость. Изделия с такими добавками требуют специальных условий твердения, как правило, используя камеры тепловлажностной обработки при повышенных температурах.

Вторая группа - активные минеральные добавки средней эффективности Эц = 0,4-0,7; 1/Эц = 1,4-2,5; ∆V = 67-233%. Водопотребность таких добавок низкая, и В/Д составляет в БЭС<0,52. Механизм проявления активности - гидравлический и пуццоланический. К таким активным минеральным добавкам относят:

• белитовый шлам с низкой пуццолановой активностью и способностью поглощать не более 10 мг/г СаО. Применяют их для экономии цемента, улучшения свойств бетонов, придания им специальных свойств и улучшения свойств бетонной смеси;
• электротермофосфорные шлаки со средней активностью, поглощающие 30-75 мг/г СаО. Размалывают эти активные минеральные добавки до Sуд≥250 м2/кг и остатка на сите № 008≤15%. Изделия предпочтительно получают в тепловлажностных условиях.

Третья группа - активные минеральные добавки средней эффективности, часто с низкой пуццолановой активностью:

• кислые золы ТЭС сухого отбора, тепловые граншлаки, которые поглощают 10-30 мг/г СаО. Условная степень гидратации с образованием < 5% гидросиликатов кальция типа CSH, Sуд≥200 м2/кг, остаток на сите № 008≤15% и В/Д<0,52 (низкая водопотребность). К ним же относят природные вулканические шлаки с Sуд≥500 м2/кг с дисперсностью по остатку на сите 0,08≤10%;
• активные минеральные добавки со средней степенью водопотребности, В/Д составляет 0,52-0,62, поглощают 30-75 мг/г СаО, условная степень гидратации 5-10%. К ним относят кислые золы ТЭС сухого отбора, топливные граншлаки с Sуд>300 м2/кг и с дисперсностью по остатку на сите № 008≤15%, а также вулканические туфы и перлитовые породы с Sуд≥500 м2/кг и остатком на сите № 008≤10%;
• активные минеральные добавки с высокой водопотребностью, В/Д>0,62 поглощают более 75 мг/г СаО, условная степень гидратации 20-25%. К ним относят микрокремнезем с Sуд>1500 м2/кг, золу рисовой шелухи, диатомитовый трепел, метакаолин, цеолитовые породы, опоку с Ѕуд>1000 м2/кг.

Все эти добавки применяют для экономии цемента, улучшения свойств бетонов и бетонной смеси, придания бетонам специальных свойств, для снижения высолообразования и повышения прочности. Эти добавки широко используются в производстве современных высокопрочных и высокоэффективных бетонов.

Четвертая группа - минеральные добавки-наполнители имеют низкую эффективность: Эц = 0,1-0,4; 1/Эм = 2,5-10; ∆V = 11-67%. Эти добавки выполняют роль микронаполнителей, их химическая и гидравлическая активность мизерная, при этом поглощают они менее 10 мг/г СаО. К ним относят молотые закристаллизованные шлаки, топливные золы и шлаки гидроудаления, формовочные земли, а также известняковую муку, молотый кварцевый песок и т.д. Ѕуд таких добавок должна быть ≥ 500 м2/кг, остаток на сите № 008≤10%. Используют добавки 4-й группы с целью утилизации отходов, а также производя сильное уплотнение бетонной смеси.

Пятая группа - неэффективные минеральные добавки с Эц<0,1; 1/Эц>10; ∆V<110. Химическая активность отсутствует, связывают не более 10 мг/г СаО. К ним относят различные производственные отходы, которые могут применяться с целью утилизации.