Effects of plasticizing admixtures on the performance of low-carbon concretes

Abstract

У статті наведено результати досліджень впливу технологічних чинників на технічні та екологічні індикатори ефективності бетонів. Розглянуто вплив гранулометричного складу заповнювачів, витрати цементу, лігносульфонатних або полікарбоксилатних модифікаторів, добавки зволоженої золи-винесення на властивості бетонів. Дослідження демонструє, що показники клінкер- та СО2-інтенсивності у сукупності визначають клінкер-ефективність бетону. Використання лігносульфонатного пластифікатора Centrament N9 для бетону показало, що за зниження витрати води на 9,5 % та цементу на 5,7 %, міцність бетону на 28-му добу зросла до 42,65 МПа, що на 19 % перевищує показники контрольного складу. Встановлено, що оптимізація гранулометрії заповнювачів через введення щебеневої фракції 2–5 мм у поєднанні із полікарбоксилатним суперпластифікатором сприяє формуванню щільної мікроструктури цементуючої матриці. Запропоновано склади бетону зі зниженою витратою портландцементу на 23 % (від 350 до 270 кг/м³) за рахунок введення золи-винесення зволоженої в кількості 50 кг/м³, оптимізації гранулометрії заповнювачів та застосування суперпластифікатора MC Muraplast FK 59, що дало змогу досягти технічного та економічного ефектів. З технічного погляду, розроблений склад бетону демонструє покращення основних характеристик: міцність на стиск зросла на 23 % (з 35,68 до 43,98 МПа), клінкер-інтенсивність знизилась на 34 % (з 7,4 до 4,9 кг/(м³·МПа)), а CO2-інтенсивність зменшилась на 34 % (з 6,4 до 4,2 кг/(м³·МПа)). Такий підхід забезпечує отримання заданого класу міцності бетону за зниженої витрати цементу. Мінімізація вмісту цементу введенням активної мінеральної добавки (зволоженої золи-винесення) та ефективних суперпластифікаторів забезпечує одержання екологічно оптимального складу низьковуглецевого бетону з досягненням економічного ефекту 320 грн/м3. Дослідження підтверджує, що раціональне комбінування технологічних факторів впливу на бетонні суміші відкриває перспективи створення сучасних низьковуглецевих товарних бетонів, які відповідають вимогам сталого розвитку.

The article presents research results on the influence of technological parameters on the technical and environmental characteristics of low-carbon ready-mix concretes. The study examines the impact of aggregate gradation, cement content, lignosulfonate or polycarboxylate modifiers, and wet fly ash additives on concrete properties. The research demonstrates that clinker- and CO2-intensity indicators collectively determine the clinker efficiency of concrete. It was established that optimizing aggregate granulometry through the introduction of 2–5 mm crushed stone fraction in combination with a polycarboxylate superplasticizer contributes to the formation of a dense microstructure in the cementitious matrix. This approach ensures obtaining the specified concrete strength class with reduced cement consumption. The research confirms that the rational combination of technological factors affecting concrete mixtures opens prospects for creating modern low-carbon ready-mix concretes that meet sustainable development requirements.