Известняковая мука как минеральная добавка в бетон

Известняковая мука — тонкодисперсная минеральная добавка, получаемая путём измельчения природных известняковых пород до удельной поверхности 300–850 м²/кг, применяемая в технологии бетона в качестве активного или инертного компонента, частично заменяющего портландцемент. В зависимости от тонкости помола и химического состава, известняковая мука выполняет функции микрозаполнителя, ускорителя твердения, модификатора структуры цементного камня и стабилизатора эттрингита, что позволяет снижать расход вяжущего и себестоимость бетонных смесей без ухудшения их эксплуатационных характеристик.

Актуальность применения известняковой муки в современном бетоноведении обусловлена несколькими факторами: ужесточением экологических требований к производству цемента (снижение выбросов CO₂ при декарбонизации известняка), необходимостью экономии дорогостоящего клинкера и расширением сырьевой базы строительной индустрии. В России в 2024 году было произведено 64,9 млн т цемента, что приблизительно составляет 38,94 млн т CO₂. Использование известняковой муки позволяет снизить удельные выбросы CO₂ на единицу произведённого бетона, что соответствует международным тенденциям декарбонизации строительной отрасли.

История применения

Применение карбонатных добавок в строительстве имеет многовековую историю. Ещё в Древнем Риме известняковая мука использовалась в качестве компонента строительных растворов. Однако систематические научные исследования влияния известняка на свойства цемента и бетона начались лишь в середине XX века. В МХТИ им. Д.И. Менделеева с середины XX века активно изучали влияние карбонатных добавок, таких как кальцит, доломит и магнезит, на технические свойства цемента и бетона.

П.П. Будников с соавторами ещё в 1959 году установил, что качество цемента с добавками известняка зависит от следующих факторов: количества вводимого известняка, тонкости его помола и равномерности распределения его частиц в цементе. Также было установлено, что известняк целесообразно использовать в цементе с повышенным содержанием трёхкальциевого алюмината (C₃A), так как это позволяет несколько увеличить прочность цементного камня.

Дальнейшие исследования В.М. Колбасова, А.С. Пантелеева, В.С. Савина, Ю.М. Бутта, В.В. Тимашева и Ю.И. Бенштейна подтвердили, что взаимодействие карбонатов кальция и магния, как правило, происходит с алюмосодержащими составляющими цемента, с образованием непрерывного ряда твёрдых растворов 3СаО·Al₂O₃·СаСО₃·12Н₂О – 3СаО·Al₂O₃·3Са(CO)₃·32·Н₂O. Было установлено, что в процессе твердения таких материалов вначале проявляются метастабильные образования типа 3СаО·Al₂O₃·0,25·CaCO₃·11H₂O — четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината, а далее возможно образование даже 3СаО·Al₂O₃·3CaCO₃·(30-32)·H₂O — шестикальциевого трёхкарбонатного гидроалюмината, которые содержат значительное количество химически связанной воды.

Одновременно было выявлено, что эти гидратные фазы устойчивы только при твердении и эксплуатации в «нормальных условиях», если же применить пропаривание, то моногидраты карбоалюминатов кальция распадаются на 3СаО·Al₂O₃·6H₂O и СаСО₃. Следовательно, использование добавки известняка в цементе при тепловой обработке бетонных изделий не гарантирует им долговечность, так как это приведёт к перекристаллизации алюминатных образований, что создаст в цементном камне бетона напряжения и вызовет образование трещин и других дефектов.

Изучая особенности цементов и бетонов с карбонатными добавками, многие исследователи отмечают их положительное влияние на свойства бетонной смеси и бетона. Установлено, что введение оптимального количества карбонатных добавок в цемент способствует: 1) некоторому уменьшению в бетонных и растворных смесях водопотребности, расслаиваемости и водоотделения, а также повышению их водоудерживающей способности, пластичности, плотности и однородности; 2) применение в производстве бетонов цемента с добавкой снижает их тепловыделение и усадки, что особенно важно при возведении массивных сооружений; 3) введение известняка в цемент обеспечивает получаемым изделиям светлый цвет, а это важно для отделочных материалов, в том числе для сухих строительных смесей.

Следовательно, если чётко знать, с какой целью применяется добавка известняка в производстве строительных изделий и сколько её потребуется для получения положительного эффекта, то такой подход к делу может только приветствоваться, в других случаях применять такую добавку не следует. Изучая особенности взаимодействия добавки дисперсного кальцита с цементом, В.В. Тимашев и В.М. Колбасов в 1981 году пришли к принятию следующего решения: не вносить в ГОСТ добавку известняка в выпускаемые цементы. Они пришли к выводу, что карбонатную добавку нужно применять, чётко осознавая, в каком количестве и как она будет действовать на свойства бетона, в то время как рядовой потребитель цемента может этого не знать и в основном будет ориентироваться на стоимость.

Однако в 2003 году в России был введён ГОСТ 31108 «Цементы общестроительные. Технические условия», который допускает производство и применение цемента типа ЦЕМ II/А–И с содержанием известняка от 6 до 20%, а в 2016 году в ГОСТ был введён ещё и ЦЕМ II/В–И с содержанием известняка 21–35%. После первых изменений ГОСТа в 2003 году в РХТУ им. Д.И. Менделеева были проведены основательные исследования, и в 2008 году С.П. Сивков в своей статье «Термодинамический анализ фазообразования при твердении карбонатсодержащих цементов» ещё раз подтвердил, что карбонаты выступают в качестве активного компонента только при их содержании в цементе до 4%, а дальнейшее увеличение вводимого в цемент известняка даже до 10% переводит эту добавку в разряд инертной, которая может только дополнительно стабилизировать эттрингит в составе затвердевшего цементного камня.

Классификация и нормативное регулирование

В России применение известняковой муки в строительстве регламентируется следующими нормативными документами:

• ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия» — допускает производство цементов с добавкой известняка: ЦЕМ II/А-И (6–20%) и ЦЕМ II/В-И (21–35%).
• EN 197-1 (Европа) — допускает содержание известняка в цементах типа CEM II/A-L(LL) (6–20%) и CEM II/B-L(LL) (21–35%).
• ASTM C595 (США) — разрешает использование известняковых добавок в количестве до 15%.
• ASTM C150 (США) — допускает содержание известняка до 5% массовой доли в обычных портландцементах.

По тонкости помола известняковую муку классифицируют на четыре категории:

• Крупный помол (<300 м²/кг) — известняк проявляет себя инертным наполнителем; улучшает реологию, но существует риск потери поздней прочности при больших заменах цемента.
• Средний помол (300–450 м²/кг) — выражена более плотная упаковка зёрен; умеренное ускорение на ранних стадиях гидратации.
• Тонкий помол (450–600 м²/кг) — активная кристаллизация C-S-H на частицах известняка; заметное ускорение на ранних стадиях гидратации; меньшая потеря прочности на 28 сутки при замене до 5–15% от массы цемента.
• Сверхтонкий помол (600–1000+ м²/кг) — максимальный эффект кристаллизации C-S-H; прирост ранней прочности; сильно увеличивается водопотребность.

Механизм действия

Введение известняковой муки влияет на процесс гидратации как физически, так и химически. С физической точки зрения, частицы известняка служат дополнительными центрами кристаллизации для гидросиликатов кальция (C–S–H), несколько ускоряя гидратацию на ранних этапах. С химической стороны, тонкомолотый известняк может реагировать с алюминатными фазами цемента, образуя карбоалюминаты, способствуя уплотнению цементной матрицы и снижению капиллярной пористости.

Согласно термодинамическим исследованиям, присутствие известняка способствует образованию монокарбоната, что косвенно стабилизирует эттрингит. Добавка известняка в количестве 5–10% в цементе, взаимодействуя с алюминатами, образует вместо эттрингита четырёхкальциевый монокарбонатный гидроалюминат. Это приводит к ускорению гидратации цемента и снижению количества вводимого в цемент гипса.

Дальнейшее увеличение в цементе количества известняка в лучшем случае переводит его в разряд наполнителя, а увеличение его количества в цементе до 35%, принятое современным ГОСТ 31108-2020, не только малоэффективно, но и вредно при производстве ответственных и долговечных изделий из бетона, так как уменьшение количества связующего в нем в первую очередь снижает его технические характеристики и долговечность.

В начальный период гидратации при увеличении содержания добавки известняка в цементе удельный тепловой поток несколько снижается. Введение в цемент 10% известняка вызывает даже некоторую активацию гидратации трёхкальциевого силиката. В последующий период гидратации, через 18–20 часов после затворения цемента водой, у составов без добавки и с добавкой 5% известняка начинаются процессы перекристаллизации алюминатных фаз, что может вызвать в дальнейшем напряжения в цементном камне. В составах с высоким содержанием известняка такие процессы исключаются. Тепловая энергия у составов с добавкой известняка до 10% остаётся на уровне 180 Дж/г, а увеличение количества вводимого известняка до 30% снижает тепловыделение на 10%.

Влияние на свойства бетона

Прочностные характеристики

Из полученных зависимостей прочности цементно-песчаных образцов от дозировки добавки известняка можно сделать следующие выводы. Введение в цемент до 10% известняка практически не оказывает влияния на его прочность на сжатие и на растяжение при изгибе. Но увеличение содержания известняка до 30% приводит к снижению прочности образцов на сжатие до 35%, а на растяжение при изгибе – на 24%, что, вероятно, связано с изменением фазового состава гидратов цементного камня и его структуры.

Кубиковая прочность бетона без добавок и с введением известняка от 5 до 10% увеличивается на 6,6 и 10% соответственно. Дальнейшее увеличение в цементе добавки известняка до 30% снижает прочность бетона до 12%. Значения призменной прочности не сколько отличаются от полученных данных по кубиковой прочности на сжатие, но в большей степени снижается призменная прочность бетона с добавкой 30% известняка.

Модуль упругости и деформативность

Модуль упругости бетона без добавки и с добавками до 10% находится примерно на одном уровне и значительно снижается при увеличении добавки известняка до 30%. Добавка в цемент известняка в количестве до 10% приводит к некоторому снижению модуля упругости бетона, в то время как призменная прочность имеет тенденцию к повышению, этот эффект вероятно связан с некоторым изменением фазового состава гидратов вследствие увеличения в цементном камне гидратов типа четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината, что подтверждается рентгенофазовым анализом.

Увеличение количества вводимой добавки известняка в цементе до 30% способствует более активному снижению модуля упругости бетона с 40 до 33,3 ГПа и призменной прочности до 33 МПа. Это также подтверждается значением коэффициента Пуассона, 0,18, а также увеличением на рентгенограммах отражений, свидетельствующих о присутствии в цементном камне ещё некоторого количества свободного карбоната кальция с d/n = 2,49; 2,27; 1,86 Å.

Пористость и водопоглощение

Изучение влияния добавок известняка на пористость цементно-песчаных образцов позволило установить, что его введение в цемент до 10% практически не влияет на этот показатель. Однако увеличение его дозировки в цементе до 30% способствует повышению пористости на 10%.

Данные, полученные при исследовании влияния различных дозировок добавки известняка на содержание гидроксида кальция в цементном камне, показали, что при его твердении к 7-м суткам содержание гидроксида кальция во всех образцах ЦК примерно одинаковое и составляет ≈10%. Однако в составе с 30% известняка наблюдается увеличение к 28-м суткам содержания Са(ОН)₂ до 11,5%, что может быть связано с частичным разложением карбоната.

Из полученных данных следует, что введение добавки известняка в цемент практически не вызывает изменения основности гидратных фаз, предположительно они остаются высокоосновными.

Изучение влияния добавок известняка на содержание химически связанной воды в гидратах выявило, что при введении 10% известняка и особенно 30% её количество значительно увеличивается. Содержание химически связанной воды в цементном камне характеризует изменения фазового состава гидратов. Из этого следует, что добавка известняка влияет на фазовый состав гидратов и их содержание в цементном камне. По данным исследований школы Ю.М. Бутта и В.В. Тимашева – увеличение химически связанной воды в составе гидратов цементного камня в присутствии карбонатных добавок связано с образованием четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината или шестикальциевого трёхкарбонатного гидроалюмината.

Увеличение количества известняка в цементе до 30% приводит к повышению содержания химически связанной воды до 21% (прирост по сравнению с цементом без известняка – 6%). Следовательно, цементный камень с высоким количеством добавки известняка формируется с образованием гидратных фаз с повышенным содержанием химически связанной воды. Среди таких гидратов может быть более стабильный четырёхкальциевый монокарбонатный гидроалюминат 3СаО·Al₂O₃·CaCO₃·12H₂O или возможно шестикальциевый трёхкарбонатный гидроалюминат 3СаО·Al₂O₃·3Са(CO)₃·32·Н₂O.

Результаты рентгенофазового анализа позволяют установить следующее. Из данных, представленных на рентгенограммах, можно сделать вывод, что увеличение интенсивности пиков d/n= 3,84, 2,86, 2,49, 2,18 и 1,87 Å свидетельствует о присутствии в цементном камне с известняком четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината, а также отдельных включений чистого карбоната кальция в составе с 30% добавки с межплоскостными расстояниями d/n= 3,029, 2,49, 2,27, 1,86 Å. Это подтверждает ранее высказанное предположение относительно изменения фазового состава по содержанию химически связанной воды.

Совместное влияние известняка и шлака

Исследования влияния содержания МГДШ и известняка в цементе на свойства бетонов проводили на составах, имеющих следующие параметры: расход вяжущего, включая МГДШ и известняк – 500 кг/м³; водоцементное отношение (В/Ц) – 0,340.

Анализ экспериментальных данных показал, что наибольшее влияние на прочность бетона оказывал дисперсный диопсид, оптимальная дозировка которого составляла 9 мас.%. При этом прочность при сжатии в сравнении с бетоном без добавления данной добавки возросла на 29%. Оптимальное количество известняка – 2 мас.%. При использовании комплексной добавки в количестве 7 мас.% максимальная прочность достигнута при соотношении известняк:диопсид равном 1:2 и составила в 28-суточном возрасте 28,6 МПа. Рост прочности при оптимальной дозировке комплексной добавки 7 мас.% достигает 40,9%.

Следует отметить, что максимальная прочность при оптимальном содержании комплексной добавки на 9% выше этого показателя для состава с добавкой 9 мас.% диопсида. Изменение соотношения компонентов в составе комплексной добавки известняк:диопсид от 2:1 до 1:2 привело к повышению предела прочности при сжатии бетона в 28-суточном возрасте нормального хранения на 20%.

В результате проведённых исследований установлено, что содержание известняка в составе цемента: до 5% – не вызывает какого-либо значительного изменения основных строительно-технических свойств бетонов, при этом кальцит вступает в реакцию с алюминатами цемента, образуя незначительное количество четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината; до 10% – приводит к увеличению образования четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината, что вызывает незначительное снижение модуля упругости при небольшом повышении прочности на сжатие; до 30% – приводит к значительному снижению всех перечисленных характеристик, причиной этого является образование существенного количества четырёхкальциевого монокарбонатного гидроалюмината и наличие остатков инертного кальцита в цементном камне, это в результате приводит к повышению хрупкости материала, о чём и свидетельствует снижение коэффициента Пуассона до 0,18.

Учитывая полученные результаты, можно допустить введение известняка в цемент в количестве от 5 до 10%. Введение известняка в цемент в дозировке свыше 10% начинает оказывать влияние на фазовый состав гидратов и снижает технические показатели бетона, поэтому применять его в таких дозировках следует только после дополнительных испытаний конкретного состава бетона для заданных условий.

Совместимость с суперпластификаторами

Совместимость известняковой муки с суперпластификаторами, особенно на основе поликарбоксилатов, требует особого внимания. Механизм действия поликарбоксилатного гиперпластификатора в цементных системах основан на том, что его молекулы имеют главную цепочку – основу с отрицательными зарядами, которая адсорбируется на цементной частице, и незаряженные боковые цепочки. Именно боковые цепочки создают адсорбционную объёмную защитную оболочку вокруг частиц твёрдой фазы, предотвращая их агрегирование и способствуя взаимному «стерическому» отталкиванию.

При использовании известняковой муки в количестве до 10% и тонкости помола, сопоставимой с цементом 300–600 м²/кг, удаётся снизить порог текучести и эффективную вязкость без увеличения дозы СП и без потерь 28-суточной прочности. Однако при сверхтонком помоле известняковой муки и/или высоких долях замещения (более 20%) текучесть становится чувствительной к дозированию, требуемая доза СП растёт, значительно снижается прочность.

Качество сырья также существенно влияет на водопотребность при наличии примесей в известняке. Требуемая дозировка СП возрастает при сверхтонком CaCO₃ и/или доле замещения более 15–20%. Также на дозировку влияет и сульфатный баланс (SO₃/C₃A), поскольку он определяет конкуренцию СП за фазы C₃A.

Области применения

Транспортное строительство

Известняковая мука находит широкое применение в бетонах для транспортного строительства: дорожных покрытиях, аэродромных плитах, опорах мостов и других элементах транспортной инфраструктуры. Эти конструкции работают в особо напряжённых условиях и подвергаются многократным циклическим нагрузкам от подвижного состава, воздействию противогололёдных реагентов, попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Для производства высокопрочных самоуплотняющихся бетонов классов В100-В120, в первую очередь, необходимы высококачественные цементы со стабильным химическим и минералогическим составом, мытые классифицированные пески и мелкозернистые щебни фракции 5-10 и 10-20 мм из высокопрочных горных пород, высокодисперсные микрокремнезёмы, тонкодисперсные минеральные добавки, супер- или гиперпластификаторы.

Для разработки рецептуры комплексного модификатора использовались следующие продукты тонкого помола природного и техногенного сырья: кварцевый порошок с удельной поверхностью 790 м²/кг; известняковая мука из Ярыш-Мардынского месторождения удельной поверхностью 850 м²/кг; микрокремнезём конденсированный неуплотнённый марки МК 85; суперпластификатор марки FM 435 на основе поликарбоксилатов.

Из микрокремнезёма, кварцевого порошка, известняковой муки и гипса были составлены три комбинации: комплекс, содержащий микрокремнезём и кварцевый порошок в соотношении 50:50; комплекс, содержащий известняковую муку и гипс, который представляет собой композицию для регулирования усадочных деформаций высокопрочных бетонов; комплекс, составляющий сумму первых двух комбинаций в соотношении 50:50.

Представленные композиции разных, по влиянию на консистенцию цементного теста, компонентов комплексных модификаторов позволяют повысить водоудерживающую способность, практически не изменяя водопотребность цементного теста. Очевидно, это объясняется более оптимальным гранулометрическим составом комплексных модификаторов, которые включают в себя полидисперсные зёрна различной формы.

На следующем этапе была определена оптимальная дозировка суперпластификатора: СП С-3 в зависимости от состава комплексного модификатора колеблется от 1,2 до 1,6% массы цемента (или от 10,8 до 14,4% массы наполнителя), СП FM 435 — в пределах от 0,2 до 0,5% массы цемента (или от 1,8 до 4,5% массы наполнителя).

Результаты исследований подтвердили ранее полученные данные о том, что в сравнении с продуктами на основе нафталинформальдегидных поликонденсатов, суперпластификатор на основе поликарбоксилатов — более эффективный разжижитель.

Кинетику твердения и набора прочности самоуплотняющихся бетонов исследовали на образцах-кубах с размером ребра 10 см в соответствии с ГОСТ 10180. Уплотнение образцов контрольного состава с осадкой конуса 20 см производили на виброплощадке, образцы бетонов из самоуплотняющихся смесей укладывались без вибрации. Условия хранения для всех образцов были одинаковые: в течение 1 суток в формах под плёнкой, затем 6 суток в воде, далее до 28 суток в камере нормального твердения, а после в камере с температурой 20±2 °С и относительной влажностью 60%.

В зависимости от вида СП все образцы бетона можно разделить на две группы, внутри которых прочность бетона при сжатии в возрасте 28 суток была примерно одинаковой: для бетонов с СП С-3 – 81-83 МПа, для бетонов с СП FM435 — 88-99 МПа соответственно.

По данным таблицы видно, что независимо от вида суперпластификатора кинетика твердения бетонов с увеличением доли (ИМ+Г) в составе минеральной части модификатора незначительно снижается. Объяснению этому будет уменьшение в составе комплексного модификатора количества аморфного диоксида кремния, отвечающего за образование высокопрочных низкоосновных гидросиликатов кальция в структуре твердеющего цементного камня.

По результатам анализа проведённых исследований, выявлена эффективность комплексных модифицирующих добавок и поликарбоксилатных добавок на процессы структурообразования и свойства высокопрочных бетонов, что обусловлено резким снижением воды затворения и эффектом мощного воздухопонижения при обеспечении высокой подвижности бетонной смеси, позволяющим получить высокопрочную и долговечную бетонную матрицу.

Таким образом, разработаны составы высокопрочных самоуплотняющихся бетонов классов по прочности на сжатие В65-В75 плотностью до 2380 кг/м³, доказана эффективность использования суперпластификатора марки FM 435 на основе поликарбоксилатов (производство фирмы Sika Addiment GmbH) при получении высокопрочных бетонов для монолитного строительства, в том числе и высотного.

Аэродромное строительство

Оптимизация состава цементного бетона для аэродромных покрытий с использованием известняковой муки позволяет повысить прочность на растяжение при изгибе и снизить расход цемента. Исследования показали, что введение известняковой муки в количестве 10–15% от массы цемента обеспечивает прирост прочности на растяжение при изгибе до 8,9% и снижение водопоглощения до 10,3%.

Альтернативные карбонатные добавки

Помимо природной известняковой муки, в технологии бетона могут применяться и другие карбонатные добавки, такие как порошок яичной скорлупы. Яичная скорлупа имеет высокое содержание кальция. В основном она состоит из нескольких слоёв карбоната кальция, который, в свою очередь, является одним из основных компонентов для производства цемента. Таким образом, яичная скорлупа может использоваться как замена части цемента.

Применение порошка яичной скорлупы (CaCO₃) в качестве частичной замены цемента способствует повышению прочности на сжатие за счёт стабилизации эттрингита и монокарбоната.

Изготовление модифицирующей добавки из яичной скорлупы включало в себя следующие основные этапы: промывка скорлупы под проточной водой; сушка в сушильном шкафу при температуре 150°C; процесс высушивания длился до полного удаления влаги, содержащейся в скорлупе; высушенная скорлупа сначала измельчалась в ступке, затем осуществлялся дополнительный помол в шаровой планетарной мельнице «Активатор-4М» в течение 4 часов на скорости 500 об/мин; измельчённые частицы яичной скорлупы просеивались через сито с размером ячеек 60 мкм, и часть частиц, прошедших через данное сито, применялась как модифицирующая добавка.

Согласно результатам определения осадки конуса бетонных смесей, видно, что с увеличением содержания ПЯС осадка бетонных смесей снижается. Так, при количестве ПЯС 5, 10, 15 и 20% значения осадки конуса смесей снизились на 5,9; 11,8; 23,5 и 29,4% соответственно. Снижение удобоукладываемости в первую очередь вызвано тем, что ПЯС поглощает в себя часть воды. Однако стоит отметить, что даже при 20% замене цемента на ПЯС бетонная смесь сохраняет необходимую удобоукладываемость и не расслаивается.

Из рисунка видно, что прочность на сжатие бетона на отрезке 0–10% увеличивается. Пиковое значение прочности на сжатие 46,6 МПа приходится на отметку 10% ПЯС, прирост прочности на сжатие составляет 8,9% в сравнении с прочностью состава без ПЯС. С увеличением количества ПЯС более 10% наблюдается обратный эффект. При 15% ПЯС прочность на сжатие составляет 42,9 МПа, что примерно сопоставимо с прочностью контрольного состава, которая равна 42,8 МПа. При 20% ПЯС бетон имеет прочность на сжатие 40,4 МПа, что на 5,6% меньше контрольного состава.

Зависимость изменения водопоглощения от содержания ПЯС имеет следующий характер. На отметках 5% и 10% наблюдаются снижения значений водопоглощения, которые равны 4,79% и 4,61%, что, соответственно, на 6,8% и 10,3% меньше, чем у контрольного состава. При увеличении содержания ПЯС водопоглощение начинает расти. Так, у бетонов с 15% и 20% содержанием ПЯС значения водопоглощения составили 4,98% и 5,41%. Водопоглощение последнего было на 5,3% выше, нежели у контрольного состава.

Полученные результаты имеют хорошую сопоставимость с рядом зарубежных исследований. Например, замена части цемента 10% порошка яичной скорлупы позволила получить растворы с оптимальной прочностью на сжатие. Введение 10% порошка яичной скорлупы обеспечило приросты прочности на сжатие и изгиб у бетонов.

Исходя из результатов экспериментальных исследований, можно резюмировать следующее. Замена части цемента порошком яичной скорлупы в количестве 10% является наиболее оптимальной и позволяет получить бетонный композит с улучшенными свойствами. Добавление ПЯС в количестве 15 и 20% также можно назвать эффективным, так как бетон имеет приемлемые прочностные свойства, сопоставимые с бетоном контрольного состава. Положительный эффект от модификации бетона ПЯС связан с тем, что данная добавка улучшает межфазные взаимодействия между различными составляющими бетона. ПЯС в основном состоит из кальция, который при добавлении к цементной системе интенсивно реагирует с цементом, образуя более крупную сеть минералов гидрата силиката кальция. Увеличение количества гелей гидрата силиката кальция положительно влияет на структуру затвердевшего бетонного композита, делая её более плотной и прочной. Сниженная удобоукладываемость смесей объясняется повышенным содержанием известняка, который поглощает все молекулы свободной воды путём абсорбции.

Выводы: исследованы свойства бетонных смесей и бетонов, модифицированных порошком яичной скорлупы; определено оптимальное количество замены части цемента порошком яичной скорлупы. Введение порошка яичной скорлупы вместо части цемента снижает осадку бетонных смесей. Зависимость снижения осадки бетонной смеси от количества ПЯС носит прямой характер. Минимальное значение осадки конуса зафиксировано при содержании ПЯС в количестве 20% и составило 12,4 см, что на 29,4% меньше осадки контрольной смеси. Оптимальное количество ПЯС составило 10% и позволило получить бетон с максимальным значением прочности на сжатие и минимальным водопоглощением. Прирост прочности на сжатие составил 8,9%. Водопоглощение снизилось на 10,3%. Модификация бетона ПЯС до 20% позволяет получить экономичный и экологичный композит с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Ограничения и рекомендации

Учитывая полученные результаты, можно допустить введение известняка в цемент в количестве от 5 до 10%. Введение известняка в цемент в дозировке свыше 10% начинает оказывать влияние на фазовый состав гидратов и снижает технические показатели бетона, поэтому применять его в таких дозировках следует только после дополнительных испытаний конкретного состава бетона для заданных условий.

См. также

• Минеральные добавки
• Зола-уноса
• Микрокремнезём
• Гранулированный доменный шлак (тонкоизмельчённый)
• Метакаолин
• Трепел
• Природные пуццоланы
• Композиционный цемент
• Самоуплотняющийся бетон
• Дорожный бетон

Литература

• Дженчако П.Д., Добшиц Л.М., Николаева А.А. Влияние тонкомолотого известняка и суперпластификаторов на свойства бетонов транспортных конструкций: обзор исследований // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2026. – № 2. – С. 23–37.
• Крамар Л.Я., Мордовцева М.В., Шулдяков К.В. Влияние известняка в цементе на структуру и модуль упругости тяжёлого бетона // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». – 2024. – Т. 24, № 1. – С. 40–49.
• Мордовцева М.В., Крамар Л.Я. Оценка влияния добавок известняка и шлака в цементе на механические свойства цементного камня и тяжелого бетона // Инновационные научные исследования в современном мире: Сборник научных статей по материалам XVI Международной научно-практической конференции, Уфа, 14 февраля 2025 года. – Уфа: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-издательский центр "Вестник науки", 2025. – С. 199–207.
• Никора Н.И., Маилян А.Л., Рыженкова Д.Ю., Сытик В.С., Ельшаева А.М., Косых А.О., Бахарев Д.О. Состав и свойства бетона с частичной заменой цемента порошком яичной скорлупы // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. – 2025. – № 3(64). – С. 106–117.
• Ильина Л.В., Бердов Г.И., Гичко Н.О. Повышение прочности тяжелого бетона при использовании дисперсных минеральных добавок // Вестник ВСГУТУ. – 2023. – № 1(88). – С. 66–72.
• Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш., Куразов М.С., Индарбаев М.И., Эльмурзаев Р.А. Разработка составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов на основе комплексных модификаторов // Устойчивое развитие науки и образования. – 2017. – № 11. – С. 102–108.
• Красиникова Н.М., Морозов Н.М., Хохряков О.В., Хозин В.Г. Оптимизация состава цементного бетона для аэродромных покрытий // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 2(28). – С. 166–172.
• Леденев А.А., Усачев С.М., Перцев В.Т., Рудаков О.Б. Повышение эффективности применения химических добавок для бетонов на основе поликарбоксилатов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. – № 2(30). – С. 49–54.