Пылевидные и глинистые частицы в заполнителях

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Пылевидные и глинистые частицы представляют собой мелкодисперсную фракцию мелких и крупных заполнителей, размер зерен которой составляет менее 0,05 мм (а по некоторым международным классификациям — менее 0,075 мм). В технологии бетона данные примеси традиционно разделяют на две принципиально разные группы: инертные минеральные микро-наполнители (кварцевая, известняковая или гранитная мука) и активные глинистые минералы. Если пыль дробления, образующаяся при производстве щебня, зачастую состоит из частиц той же горной породы и может оказывать умеренное положительное влияние на цементный камень, выступая в роли микро-наполнителя, то природные глинистые примеси в песке являются крайне нежелательными вредными компонентами. Их присутствие критически сказывается на реологических свойствах бетонной смеси, увеличивает водопотребность и способен полностью нивелировать действие современных химических добавок[1].

Особую актуальность проблема контроля пылевидно-глинистых частиц приобрела в связи с массовым переходом строительной индустрии на поликарбоксилатные суперпластификаторы (ПЦС). Если классические пластификаторы на основе лигносульфонатов или нафталинформальдегида относительно толерантны к наличию глины, то молекулы ПЦС, обладающие разветвленной структурой, вступают в физико-химическое взаимодействие с глинистыми минералами, что требует тщательного минералогического контроля инертных материалов[2].

Минералогический состав примесей в разных заполнителях

Не все пылевидные частицы одинаково вредны для бетонного композита. Степень негативного воздействия определяется исключительно минералогической природой глины. В природных песках различных месторождений глинистые примеси представлены тремя основными группами минералов, которые по-разному влияют на эффективность добавок для бетонов и растворов и структуру композита.

Наибольшую опасность представляют монтмориллониты (смектитовая группа). Эти минералы обладают способностью к осмотическому и кристаллическому набуханию, впитывая воду в межпакетное пространство. Боковые цепи поликарбоксилатных эфиров (полиэтиленоксиды) легко интеркалируются в расширяющуюся кристаллическую решетку монтмориллонита, из-за чего добавка безвозвратно теряется для диспергирования цемента[1]. Исследования песков Калачевского месторождения показали, что присутствие монтмориллонита снижает подвижность цементного теста в 1,5 раза при максимальных дозировках ПЦС и приводит к падению прочности цементного камня на 17–25% в возрасте 28 суток[3]. Кроме того, монтмориллонитовые глины образуют вокруг зерен заполнителя тонкие пленки, которые разрушают адгезию бетона к заполнителю, выступая концентраторами напряжений и затравками для роста трещин[3].

Каолиниты и гидрослюды (иллиты) обладают совершенно иной кристаллической структурой и не склонны к значительному набуханию. Каолинитовые глины (например, из песков месторождения Хлебороб) имеют пластинчатую структуру и значительно меньшую емкость катионного обмена. Гидрослюды (пески Белоярского месторождения) также практически индифферентны к молекулам поликарбоксилатов. Экспериментально подтверждено, что присутствие до 2% каолинита или гидрослюд не оказывает существенного негативного влияния на прочность и подвижность высокофункциональных бетонов, хотя и вызывает незначительное замедление твердения в ранние сроки[3].

В крупном заполнителе (щебне) пылевидные частицы чаще всего представлены мукой из материнской породы (гранита, известняка, доломита). Такие частицы не обладают набухаемостью и катионной активностью, однако их избыточное количество увеличивает удельную поверхность заполнителя, требуя дополнительного расхода воды и цемента для обеспечения заданной удобоукладываемости смеси.

Влияние на свойства бетонной смеси и цементного камня

Присутствие активных глинистых частиц в заполнителях запускает комплекс деструктивных процессов на всех стадиях жизненного цикла бетона. В свежеуложенном состоянии глина выступает как губка, адсорбируя воду затворения и молекулы пластификатора. Это приводит к резкой потере подвижности бетонной смеси, особенно в летний период, и вынуждает технологов необоснованно завышать дозировку дорогостоящих суперпластификаторов или увеличивать водопотребность, что неизбежно ведет к снижению итоговой прочности[1].

В затвердевшем состоянии глинистые примеси снижают плотность и пористость бетона модифицируется. Однако, как показали дериватографические и рентгенофазовые исследования, введение поликарбоксилатных суперпластификаторов даже в присутствии глинистых примесей способствует формированию цементного камня из аморфизированных высокоосновных гидросиликатов кальция. Такая структура обладает повышенной стойкостью к циклическим температурно-влажностным воздействиям, однако общая прочность композита все равно остается ниже проектной из-за нарушения контактного слоя на границе «заполнитель – цементная матрица»[3].

Методы определения по ГОСТ в России

В отечественной практике контроль качества заполнителей регламентируется межгосударственными стандартами, которые опираются преимущественно на гравиметрический (весовой) метод определения пылевидных и глинистых частиц. Для песка для бетона основным нормативным документом является ГОСТ 8736-2014. Согласно ему, определение содержания пылевидных и глинистых частиц в заполнителях проводится путем отмучивания пробы водой через сито с сеткой № 014 (0,14 мм). Дополнительно нормируется определение содержания глины в комках, которые являются наиболее вредными, так как при набухании в теле бетона могут вызывать локальные разрушения[2].

Для крупного заполнителя применяются требования ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-2015. Вредные компоненты и примеси в щебне и гравии также определяются методом промывки пробы через сито № 005. //Нормативные документы ограничивают содержание таких частиц в песке для тяжелого бетона на уровне .....- дописать - Д.К.//

Однако гравиметрические методы по ГОСТ имеют критический недостаток: они не различают минералогический состав пыли. Два процента безопасной кварцевой или известняковой пыли и два процента активного монтмориллонита по весу выглядят одинаково, но их влияние на бетонную смесь будет диаметрально противоположным. Именно поэтому современные международные и передовые отечественные практики требуют дополнительных методов оценки активности глинистых примесей[1].

Методика метиленового синего

Для дифференциации инертной пыли и активных набухающих глин в мировой практике широко применяется методика метиленового синего (Methylene Blue Value, MBV). Метод основан на способности глинистых минералов к катионному обмену. Метиленовый синий — это органический краситель, обладающий положительным зарядом, который адсорбируется отрицательно заряженными поверхностями глинистых частиц. Количество красителя, необходимое для покрытия всей поверхности коллоидных частиц в пробе мономолекулярным слоем, прямо пропорционально содержанию активных глин[1].

Испытание по европейскому стандарту EN 933-9 или американскому ASTM C837 заключается в титровании водной взвеси мелкой фракции (проходящей через сито 0,075 мм) раствором метиленового синего до появления свободного красителя, который определяется по образованию синего ореола на фильтровальной бумаге. Исследования показывают, что критическое значение метиленового синего (MBV) для заполнителей, не вызывающее деградации свойств высокопрочного бетона, составляет 1,4 мг/г. Значения MBV выше 1,75 мг/г свидетельствуют о наличии большого количества смектитов (монтмориллонита) и гарантированно приводят к проблемам с удобоукладываемостью и усадкой[1].

Колориметрический метод Grace

Для экспресс-контроля на контроле качества песка и щебня непосредственно в карьерах или на бетонных заводах применяется колориметрический метод Grace. В отличие от трудоемкого титрования, метод Grace предполагает однократное добавление фиксированного объема красителя, после чего интенсивность окраски раствора измеряется портативным колориметром. Темный синий цвет указывает на низкое содержание глины, тогда как обесцвечивание раствора сигнализирует о ее высокой активности. Этот метод позволяет быстро принимать решения о необходимости промывки природного песка или корректировки состава бетонной смеси[1].

Нормативные документы

  • ГОСТ 8736-2025. Песок для строительных работ. Технические условия.
  • ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.
  • ГОСТ 26633-2015. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.
  • EN 933-8:2012. Tests for geometrical properties of aggregates. Assessment of fines. Sand equivalent test.
  • EN 933-9:2009. Tests for geometrical properties of aggregates. Assessment of fines. Methylene blue test.
  • ASTM C837-09. Standard Test Method for Methylene Blue Index of Clay.


Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Nehdi, M. L. Clay in cement-based materials: Critical overview of state-of-the-art / M. L. Nehdi // Construction and Building Materials. – 2014. – Vol. 51. – P. 372-382.
  2. ↑ 2,0 2,1 Крамар, Л. Я. Современные суперпластификаторы для бетонов, особенности их применения и эффективность / Л. Я. Крамар, Б. Я. Трофимов, Т. Н. Черных [и др.] // Строительные материалы. – 2016. – № 11. – С. 21-25.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Хицков, А. А. Влияние различных глинистых частиц на эффективность поликарбоксилатного суперпластификатора и свойства цементного камня / А. А. Хицков, И. М. Иванов, Л. Я. Крамар [и др.] // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2019. – Т. 19, № 1. – С. 40-51.


Литература

  • Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. Изд-во Высш. шк., 1991. 272 с.
  • Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. Изд-во Стройиздат, 1989. 188 с. ISBN 5-274-00566-7
  • Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Изд-во Будiвельник, 1989. 128 с. ISBN 5-7705-0184-7
  • Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. Изд-во Высш. школа, 1981. 335 с.
  • Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. Изд-во литературы по строительству, 1964. 288 с.
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. Изд-во Инфра-Инженерия, 2012. 368 с.
Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Пылевидные_и_глинистые_частицы_в_заполнителях&oldid=4551»