Классификация минеральных добавок

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Классификация минеральных добавок представляет собой систему распределения дисперсных неорганических материалов природного и техногенного происхождения по группам в зависимости от их происхождения, химико-минералогического состава, характера взаимодействия с продуктами гидратации цемента и целевого назначения в технологии вяжущих веществ, бетонных смесей и строительных растворов. Минеральные добавки являются неотъемлемым компонентом современных композиционных строительных материалов, позволяющим целенаправленно регулировать реологические, физико-механические и эксплуатационные свойства бетона, снижать расход портландцемента и утилизировать промышленные отходы[1].

Актуальность систематизации минеральных добавок обусловлена многообразием применяемых в строительной практике материалов — от традиционных природных пуццолан и гранулированных доменных шлаков до высокотехнологичных микрокремнезёма и метакаолина, каждый из которых обладает уникальным механизмом действия на структуру цементного клинкера и формирующегося цементного камня. Правильный выбор вида и дозировки минеральной добавки напрямую влияет на прочность бетона, его долговечность, морозостойкость и водонепроницаемость, а также на экономические показатели производства бетонных работ[2].

Классификация по происхождению

По признаку генезиса исходного сырья все минеральные добавки подразделяются на две крупные группы — природные и техногенные. Такое разделение закреплено в действующей нормативной документации и отражает как источник получения материала, так и степень его предварительной технологической обработки[3].

Природные минеральные добавки

Природные минеральные добавки добываются непосредственно из месторождений осадочного, вулканического или метаморфического происхождения и подвергаются, как правило, лишь механической переработке — дроблению, помолу и классификации. К осадочным породам, используемым в качестве минеральных добавок, относятся трепелы, диатомиты, опоки, а также некоторые разновидности глинистых сланцев. Эти материалы характеризуются высокой пористостью и развитой удельной поверхностью, что обуславливает их выраженную пуццолановую активность[4].

Вулканические породы представлены пуццоланами, пеплами, туфами, трассами и вулканическими шлаками, исторически первыми вошедшими в практику строительства ещё со времён Древнего Рима. Особое место среди природных добавок занимают цеолиты и цеолитизированные туфы, обладающие уникальной кристаллической структурой с высокой сорбционной ёмкостью. К группе природных добавок относятся также обожжённые глинистые породы — глиежи, получаемые искусственным путём термической обработки природных глин при температуре 600–800 °C, что придаёт им одновременно и гидравлические, и пуццолановые свойства[5].

Техногенные минеральные добавки

Техногенные минеральные добавки образуются в качестве побочных продуктов металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности. Их применение решает одновременно две задачи — снижение себестоимости бетона за счёт частичной замены цемента и утилизацию промышленных отходов. Наиболее массовыми техногенными добавками являются гранулированные доменные шлаки, получаемые при выплавке чугуна в доменных печах с последующей грануляцией расплава водой[6].

Зола-уноса образуется при сжигании pulverized coal на тепловых электростанциях и улавливается электрофильтрами или рукавными фильтрами из дымовых газов; в зависимости от химического состава она подразделяется на кислую (пуццолановую) и основную (гидравлическую). Микрокремнезём (силикатная пыль) — продукт восстановления высокочистого кварца углем в электрических дуговых печах при производстве кремния и ферросилиция — отличается рекордной удельной поверхностью (15 000–25 000 м²/кг) и исключительно высокой пуццолановой активностью. К техногенным добавкам относятся также обожжённый сланец, белитовый (нефелиновый) шлам, отходы обогащения руд и некоторые другие промышленные продукты[7].

Классификация по характеру активности

Ключевым критерием классификации минеральных добавок является их способность вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента и формировать новые прочностные фазы в структуре цементного камня. Согласно ГОСТ 24211-2008, все минеральные добавки для бетонов и растворов подразделяются на активные (тип I) и инертные (тип II)[8].

Активные минеральные добавки

Активные минеральные добавки (АМД) способны в условиях нормальной или повышенной температуры вступать в химические реакции с водой и/или с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации портландцемента, с образованием низкоосновных гидросиликатов и других прочностных фаз. По характеру проявляемых свойств активные добавки подразделяются на три подгруппы: обладающие собственно вяжущими (гидравлическими) свойствами, обладающие пуццолановой активностью, а также совмещающие оба типа активности[9].

По степени проявления пуццолановой активности активные минеральные добавки дополнительно классифицируются на обладающие высокой, средней и низкой активностью, что количественно оценивается количеством поглощённого гидрата окиси кальция из известкового раствора за установленный промежуток времени. К добавкам с высокой активностью относятся микрокремнезём, обожжённые глины и некоторые вулканические пеплы; со средней — трепелы, золы-уноса кислого типа; с низкой — ряд осадочных пород с повышенным содержанием кварца[1].

Инертные минеральные добавки (микронаполнители)

Инертные минеральные добавки, или микронаполнители, не вступают в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента, однако их введение в бетонную смесь существенно влияет на её технологические свойства за счёт физико-механических эффектов — уплотнения структуры, заполнения пустот между зёрнами заполнителей, модификации контактной зоны на границе «крупный заполнитель» — цементный камень. К инертным добавкам относятся тонкомолотые известняки, доломиты, песчаники, кварцевые пески и другие карбонатные и силикатные породы[10].

Применение микронаполнителей особенно эффективно в мелкозернистых бетонах и самоуплотняющихся смесях, где они выполняют роль стабилизирующего компонента, предотвращающего водоотделение и расслаивание бетонной смеси. Карбонатные микронаполнители, в частности известняковая мука, помимо физического уплотнения структуры способны ускорять гидратацию трёхкальциевого алюмината за счёт образования карбоалюминатных фаз, что сближает их по механизму действия с активными добавками[11].

Классификация по назначению

Нормативная документация разделяет минеральные добавки в зависимости от того, в какой технологический процесс они вводятся — при производстве цемента или при изготовлении бетонной смеси. Эти две группы имеют различную нормативную базу, требования к показателям качества и допустимые дозировки[12].

Минеральные добавки для цементов

Минеральные добавки для цементов вводятся в процессе помола клинкера взамен его части в целях достижения определённых показателей качества цемента и экономии топливно-энергетических ресурсов. Согласно ГОСТ 31108-2020, к разрешённым добавкам в общестроительные цементы относятся гранулированный шлак, пуццоланы, глиежи, микрокремнезём, зола-уноса, обожжённый сланец, белитовый (нефелиновый) шлам, а также известняк. Максимальное содержание добавки регламентируется для каждого типа цемента индивидуально[3].

По ГОСТ Р 56196-2014 активные минеральные добавки для цементов классифицируются на природные (осадочного и вулканического происхождения, а также обожжённые) и техногенные (доменные шлаки, золы-уноса, микрокремнезём, обожжённый сланец). Каждая группа предъявляет специфические требования к содержанию активных компонентов, потере при прокаливании, тонкости помола и равномерности изменения объёма[4].

Минеральные добавки для бетонов и растворов

Минеральные добавки для бетонов и растворов вводятся непосредственно в состав бетонной смеси при её приготовлении на бетонном заводе или на строительной площадке. ГОСТ Р 56592-2015 устанавливает для них расширенную классификацию по происхождению (природные и техногенные), по механизму и степени активности (активные вяжущие, активные расширяющиеся, активные пуццолановые, инертные микронаполнители), а также по степени пуццолановой активности[1].

Особую группу в этой классификации составляют расширяющиеся минеральные добавки, способные компенсировать усадку бетона за счёт образования в структуре цементного камня фаз с увеличенным молекулярным объёмом — преимущественно эттрингита. Такие добавки находят применение при возведении водонепроницаемых конструкций, монолитных резервуаров и при устройстве усадочно-компенсационных швов[13].

Классификация по механизму действия

Помимо нормативной классификации, в научной литературе применяется более детальная систематизация минеральных добавок по механизму их действия на структуру и свойства бетона. Согласно этой классификации, все добавки можно разделить на несколько функциональных групп[5].

Добавки, модифицирующие структуру цементного камня, включают микрокремнезём, метакаолин и активные золы, которые за счёт высокой пуццолановой активности связывают свободный гидроксид кальция и формируют дополнительные объёмы низкоосновных гидросиликатов кальция, повышая прочность и снижая проницаемость цементного камня. Добавки, регулирующие реологические свойства бетонной смеси, действуют преимущественно физически — за счёт сферической формы частиц (микросферы золы-уноса) или эффекта «подшипника смазки», улучшая удобоукладываемость смеси[14].

Добавки, повышающие стойкость бетона в агрессивных средах, работают за счёт связывания химически свободного гидроксида кальция и эттрингита, что снижает подверженность бетона карбонизации, сульфатной коррозии и щелочно-силикатной реакции. К таким добавкам относятся микрокремнезём и низкоосновные золы. Расширяющиеся добавки (глинозёмистый цемент, оксид магния, сульфоалюминатные компоненты) обеспечивают компенсацию усадочных деформаций за счёт образования кристаллогидратов с увеличенным объёмом[8].

Нормативные документы

Классификация и требования к минеральным добавкам в Российской Федерации регламентируются рядом межгосударственных и национальных стандартов. Основными из них являются:

  • ГОСТ Р 56592-2015 «Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
  • ГОСТ 30515-2013 «Цементы. Общие технические условия»
  • ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия»
  • ГОСТ Р 56196-2014 «Добавки активные минеральные для цементов. Общие технические условия»
  • ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
  • ГОСТ 3476-2019 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов»

На международном уровне классификация минеральных добавок гармонизирована со стандартами EN 206 «Concrete — Specification, performance, production and conformity» и ASTM C618 «Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete», которые также разделяют добавки на классы F, C и N в зависимости от химического состава и происхождения[7].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 ГОСТ Р 56592-2015 Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. — М. : Стандартинформ, 2016.
  2. ↑ Дворкин Л. И., Дворкин О. Л. Строительные материалы из отходов промышленности. — Ростов н/Д : Феникс, 2007. — 368 с.
  3. ↑ 3,0 3,1 ГОСТ 31108-2020 Цементы общестроительные. Технические условия. — М. : Российский институт стандартизации, 2021.
  4. ↑ 4,0 4,1 ГОСТ Р 56196-2014 Добавки активные минеральные для цементов. Общие технические условия. — М. : Стандартинформ, 2015.
  5. ↑ 5,0 5,1 Лесовик В. С., Шахова Л. Д., Кучеров Д. Е. Классификация активных минеральных добавок для композиционных вяжущих с учетом генезиса // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2012. — № 3.
  6. ↑ ГОСТ 3476-2019 Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов. — М. : Российский институт стандартизации, 2020.
  7. ↑ 7,0 7,1 Шейкин А. Е., Чеховский Ю. В., Бруссер М. И. Структура и свойства цементных бетонов. — М. : Стройиздат, 1979. — 344 с.
  8. ↑ 8,0 8,1 ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. — М. : Стандартинформ, 2008.
  9. ↑ Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — М. : АВБ, 1998. — 768 с.
  10. ↑ Баженов Ю. М. Технология бетона. — М. : АСВ, 2002. — 500 с. ISBN 5-93093-138-0.
  11. ↑ Дворкин Л. И. Оптимальное проектирование составов бетона. — Киев : Вища школа, 1981. — 160 с.
  12. ↑ ГОСТ 30515-2013 Цементы. Общие технические условия. — М. : Стандартинформ, 2013.
  13. ↑ Пащенко А. А., Сербин В. П., Клименко В. С., Паславская А. П. Физико-химические основы композиции Неорганическое вяжущее — стекловолокно. — Киев : Вища школа, 1979. — 224 с.
  14. ↑ Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон. — М. : Стройиздат, 1989. — 188 с. ISBN 5-274-00566-7.


Литература

//

  • Баженов Ю. М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. Изд-во АВБ, 1998. 768 с.
  • Дворкин Л. И., Дворкин О. Л. Строительные материалы из отходов промышленности. Изд-во Феникс, 2007. 368 с.
  • Дворкин Л. И. Практическая методология проектирования составов бетона. Изд-во Инфра-Инженерия, 2019. 604 с. ISBN 978-5-9729-0304-7
  • Зоткин А. Г. Бетоны с эффективными добавками. Изд-во Инфра-Инженерия, 2016. 160 с. ISBN 978-5-9729-0079-4
  • Пащенко А. А., Сербин В. П., Старчевская Е. А. Вяжущие материалы. Изд-во Вища школа, 1985. 440 с.
  • Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон. Изд-во Стройиздат, 1989. 188 с. ISBN 5-274-00566-7
  • Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Коллекпарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. Изд-во Стройиздат, 1988. 575 с. ISBN 5-274-00208-0
  • Шейкин А. Е., Чеховский Ю. В., Бруссер М. И. Структура и свойства цементных бетонов. Изд-во Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Таркаканов О. В. Химические добавки в растворы и бетоны. Изд-во ПГУАС, 2016. 156 с. ISBN 978-5-9282-1365-7

//

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Классификация_минеральных_добавок&oldid=4373»