Рассматриваются основные эффекты от минеральных добавок обычной дисперсности в бетоне: микронаполняющий и пуццолановый. Проанализированы составляющие микронаполняющего эффекта и их зависимость от расхода цемента в бетоне. Приведены коэффициенты эффективности инертных добавок и зол ТЭС.

Минеральные добавки (МД) становятся в последнее время почти обязательным компонентом бетона, обеспечивающим улучшение его технических свойств. Они вводятся в больших количествах (50-150 кг/м3 и более) и в сравнении с другими видами добавок оказывают наиболее многоаспектное воздействие на структуру и свойства бетона. Картина осложняется и тем, что к МД относятся несколько групп дисперсных материалов:

• микронаполнители или инертные добавки (пылевидные отходы при дроблении горных пород и т.д.);

• активные МД с небольшой пуццоланической активностью (кислые золы ТЭС);

• высокоактивные добавки (микрокремнезем, природные пуццоланы).

   Это разделение не является абсолютным. Добавки, инертные при обычной дисперсности (200 - 500 м²/кг) становятся высокоактивными при сверхтонком измельчении (более 1500 м²/кг).

   Эффекты высокодисперсных добавок, наряду с другими аспектами получения высококачественных бетонов, рассмотрены в монографии Ю.М Баженова, В.С. Демьяновой и В.И Калашникова. Но для обычных бетонов дополнительное измельчение МД или какие-либо способы выделения из них тонкодисперсных частиц нежелательны, т.к. приводят к заметному их удорожанию. Тем более, что при обычной дисперсности они могут улучшать комплекс свойств бетона при одновременном экономическом эффекте за счет снижения не только расхода цемента, но и заполнителей.

   Основные эффекты МД в бетоне - это микронаполняющий и пуццоланический (химическая активность по отношению кСа(ОН)₂).

   Кроме того, МД могут изменять водо-потребность бетонных смесей.

   Эффективность пуццоланически активных добавок увеличивается при тепловой обработке бетона, но сегодня для практики более интересны их эффекты при нормальном твердении, что и рассматривается ниже. Большая часть приводимых данных получена на подвижных смесях при расходах МД порядка 100 кг/м³.

   Доля каждого из эффектов в повышении прочности зависит от химической активности добавки. Реакция зол с Са(ОН)₂  протекает замедленно, в итоге в стандартном 28-суточном, а тем более, в меньшем возрасте основной эффект в бетоне - микронаполняющий, являющийся наиболее сложным. Поэтому при рассмотрении «поведения» МД в бетоне основное внимание уделяется этому эффекту, при этом использованы данные, полученные как для низкокальциевых зол ТЭС, так и для инертных добавок.

   Микронаполняющим эффектом называют повышение прочности бетона с постоянным расходом цемента при введении инертных дисперсных добавок, иногда он наблюдается даже при некотором росте водопотребности смеси. В качестве добавки, используемой для изучения этого эффекта в «чистом» виде, обычно применяется молотый песок.

   Следует отметить, что наполнение различных материалов (называемых в этом случае матрицами) дисперсными порошками или другими компонентами широко используют для получения композиционных материалов. Наполнение цементного камня дисперсными частицами имеет свои особенности. Если полимеры и металлические матрицы являются плотными и при наполнении их плотность не меняется, то цементные матрицы - пористые и при наполнении их пористость снижается. Но это происходит лишь тогда, когда повышается концентрация твердых частиц в цементном тесте - камне, т.е. когда МД вводится либо взамен песка, либо цемента и песка одновременно.

   В первом приближении целесообразность введения МД в бетон можно объяснить, исходя из практики получения бетонов различной прочности на цементе одной марки. Это приводит к расходу цемента от 200 до 500 кг/м3. При низких расходах цемента в бетоне имеет место дефицит дисперсных частиц, который и может быть компенсирован введением МД. При определении их количества можно исходить из того факта, что наилучшее использование цемента (оцениваемое расходом на единицу прочности бетона) достигается при его содержании 400-500 кг/м³ бетона. Учитывая нежелательные последствия высокого расхода цемента (рост тепловыделения, усадки), за оптимум можно принять 400 кг/м³. Для бетонов с МД суммарное содержание дисперсных частиц, обеспечивающее наилучшее использование цемента независимо от его расхода, также составило 400-480 кг/м³, что позволяет уже говорить об оптимальном содержании дисперсных частиц в бетоне. Соответствующее положение было установлено еще в начале прошлого века учеными Фере, Н.А. Поповым и другими. Базируясь на нем и на приведенных выше цифрах для бетона на заполнителях средней крупности можно ориентировочно принять, что количество МД должно дополнять расход цемента в бетоне до суммарного содержания дисперсных частиц - 400 кг/м³. Полученную величину МД = 400-Ц (кг/м³) следует уточнить экспериментально.