Вы находитесь здесь:Главная»Новости»Новости индустрии»Самоуплотняющиеся бетоны для сложных условий формования
Пятница, 05 Июнь 2015 09:09

Самоуплотняющиеся бетоны для сложных условий формования

Суханов М.А., Ефимов С.Н. – МАДИ; Ясько Д.А. – ООО «Биотех»

 

Данная статья является продолжением статьи «Самоуплотняющиеся бетоны. Ре-альность и перспективы», опубликованной в ноябрьском (2013 г.) номере журнала[1]. В работе рассматривались самоуплотняющиеся бетоны (СУБ), содержащие крупный заполнитель.

Известные преимущества СУБ – отсутствие необходимости вибрирования при укладке бетонных смесей в опалубку (включая густоармированные конструкции); высо-кие строительно-технические показатели полученных бетонов. Для получения СУБ хорошего качества необходимы: добавка - гиперпластификатор на полиакрилатной и поликарбоксилатной основе и тонкодисперсный микронаполнитель (зола ТЭЦ, молотый металлургический шлак, известняковая мука, микрокремнезём и т.п.). Действие гиперпластификаторов основано на совокупности электростатического и стерического эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофильных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира [2]. Минеральный наполнитель не только повышает вязкость и водоудерживающую способность бетонных смесей, но и активирует процессы гидратации вяжущего, способствует увеличению объёма и степени кристалличности образующихся гидратов, среди которых возростает доля более прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция [3].

В качестве тонкодисперсного минерального наполнителя в СУБ применяются материалы, указанные выше. Каждый из этих микронаполнителей имеет свои достоинства и недостатки. Золы от сжигания углей и металлургические шлаки, в большей или меньшей степени, обладают пуццолановой активностью. Однако, в их составе часто присутствуют оксиды кальция и магния и другие вещества, которые могут вызвать негативные процессы в структуре затвердевшего бетона. Микрокремнезём отличается чрезвычайно высокой удельной поверхностью и реакционной способностью. При значительном его содержании (более 10 % массы цемента) в бетоне существенно уменьшается содержание гидоокиси кальция, что интенсифицирует процесс коррозии стальной арматуры. Поэтому, для обеспечения долговечности конструкций , требуются дополнительные исследования СУБ, содержащих тот или иной микронаполнитель. Применение в этом качестве муки известняковой доломитовой, по нашему мнению, наиболее безопасно в отношении долговечности бетона.

 

В практике современного строительного производства иногда приходится сталкиваться с бетонированием тонкостенных конструкций, изделий сложной формы, заполне-нием труб небольшого диаметра, протяжённых элементов дорожных ограждений и т.п. Применение бетонных смесей, содержащих щебень, в таких случаях проблематично.

К настоящему времени накоплен определённый положительный опыт использова-ния в данных ситуациях мелкозернистых бетонов (МЗБ). Ранее их применение сдержива-лось известными факторами: значительным увеличением (по сравнению с обычными тяжёлыми бетонами) расхода цемента для получения смесей слитной структуры, увеличен-ными усадкой и ползучестью МЗБ. В современных условиях, с появлением высокоэффективных суперпластификаторов и гиперпластификаторов , а также с введением в составы бетонных смесей тонкодисперсных минеральных наполнителей (технология СУБ) появи-лись возможности для производства МЗБ без указанных выше недостатков.

Авторами проведена работа по изучению мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов. В процессе выполнения исследований подобраны составы мелкозернистых смесей, определены рациональные дозировки микронаполнителя и гиперпластификатора.

 

В работе использовались следующие материалы:

1. Портландцемент ПЦ 500-Д0 производства Новороссийского цементного завода – ГОСТ 10178. Активность 49,0 МПа.

2. Песок кварцево-полевошпатовый – ГОСТ 8736. М кр.= 2,3; содержание глинистых частиц – 2,1 %.

3. Микронаполнитель – мука известняковая доломитовая – ГОСТ 14050. Удельная по-верхность - 245 м2/кг, истинная плотность – 2500 кг/м3.

4. Добавка-гиперпластификатор – Sika Viscocreate – 20 Gold –ТУ 2493-009-13613997-2011 – в виде товарного раствора.

 

Из указанных выше материалов в лабораторном смесителе принудительного перемешивания объёмом 50 л приготавливались бетонные смеси. Готовые смеси укладывались: в формы-кубы размером 10х10х10 см (для определения прочности при сжатии и морозостойкости); формы-балочки 4х4х16 см (для определения прочности при изгибе и сжатии) и формы-призмы 10х10х40 см (для определения модуля упругости). Твердение образцов происходило в нормальных условиях (температура 20±3 оС и относительная влажность воздуха 97±3 %).

Некоторые составы мелкозернистых бетонных смесей и прочностные характеристики полученных бетонов представлены в табл.1.

 

Из данных табл.1 следует:

1. Мелкозернистые самоуплотняющиеся бетоны также, как и СУБ, содержащие крупный заполнитель [1], характеризуются улучшенной, менее дефектной структурой цементного камня. Это подтверждается тем фактом, что, пределы прочности МЗБ при сжатии, рассчи-танные по известной зависимости: Rсж.мзб = АRц (Ц/(В+ВВ) – 0,8), [4], оказались значи-тельно ниже представленных результатов.

2. Самоуплотняющиеся бетонные смеси требуют весьма тщательной отработки состава и чутко реагируют даже на , казалось бы, небольшие его изменения. Это видно из сравнения смесей №2 и №3. При близких составах смесей превышение оптимальной дозировки добавки на 0,8 л/м3 привело к существенному снижению кинетики прочности МЗБ.

Полученные МЗБ смеси при высокой подвижности не имели водоотделения. Незначительное водоотделение наблюдалось только у состава №2.

Бетонные образцы-кубы состава №3 были испытаны на морозостойкость. Испытания проводили в возрасте 60 суток по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060. В результате установлено, что марка бетона по морозостойкости – F2150.

Определение модуля упругости образцов-призм того же состава проведено в возрасте 60 суток по ГОСТ 24452. Деформации измеряли при помощи индикаторов. Модуль упругости вычисляли для каждого образца при уровне нагрузки, составляющей 30 и 50 % от разрушающей. В результате установлено: Е0,3 = 29443 МПа; Е 0,5 = 27735 МПа.

Другой, весьма серьёзной проблемой, с которой приходится сталкиваться при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций, является бетонирование в условиях отрицательных температур наружного воздуха. На Российских стройках зимой, как правило, реализуется схема «тёплого» [5] бетона. Ориентируясь на бесперебойную организацию производства работ, при которой бетонные смеси не успевают охладиться до отрицательных температур до момента подачи внешнего тепла, бетонные заводы начинают экономить дорогостоящие противоморозные добавки (ПМД). Если же давать дозировки ПМД, ориентируясь на «холодный» бетон, то стоимость 1 м3 бетонной смеси существенно увеличивается. Этот фактор + задержки бетонирования вследствие пробок на дорогах в крупных городах + не всегда предсказуемый суточный ход температур в зимний период приводят к увеличению вероятности возникновения морозной деструкции свежеуложенного бетона.

Авторами сделано предположение, что специфические особенности самоуплотняющегося бетона должны способствовать повышению качества монолитных конструкций, заформованных в зимний период.

В представленной работе исследовались свойства СУБ, твердеющих при отрица-тельных температурах с использованием противоморозных добавок. Способ производства работ, предполагающий изотермический прогрев бетона после укладки в опалубку, распространен и используется многими строительными организациями. Поэтому для оценки эффективности ПМД в СУБ при зимнем бетонировании использовали методику [6] для «тёплых бетонов». Для этого приготовленные бетонные смеси укладывали в предварительно охлажденные металлические формы (для моделирования наиболее жёстких условий на строительной площадке). Образцы-кубы с ребром 10 см, помещали в климатическую камеру с установившейся температурой минус 15 оС на 4 часа, как это предусматривает ГОСТ 30459. Дальнейшее твердение происходило в нормальных условиях.

Далее оценивали не только изменение прочностных характеристик образцов, но и потерю прочности между образцами, которые подвергались замораживанию и образцами, твердевшими в нормальных условиях. Данный параметр, по мнению авторов, более кор-ректен, нежели использование для сравнения контрольного состава без добавок, так как при этом вносится дополнительный фактор различного В/Ц, (у состава без добавок он имеет заведомо большие значения), который влияет на прочностные характеристики бетона.

 

В работе использовали следующие материалы:

1. Портландцемент ПЦ 500Д0-Н (ОАО «Вольскцемент»), активность – 49,8 МПа;

2. Песок кварцево-полевошпатовый (ЗАО «Мансуровское карьероуправление)

Мк = 2,3, истинная плотность – 2,65 г/см3, содержание глинистых частиц - 2,9 %;

3. Щебень гранодиаритовый (ООО «Беховский гранкарьер») фр. 5-20, лещадность – 12,3 %, истинная плотность – 2,75 г/см3, содержание глинистых частиц - 1,2 %;

4. В качестве микронаполнителя использовали муку известняковую доломитовую по

ГОСТ 14050 – ту же, что в работе с мелкозернистыми СУБ;

5. В качестве пластифицирующей добавки:

- для СУБ - гиперпластификатор – Sika Viscocreate – 20 Gold; дозировка 1,3 % по товарному раствору от массы цемента;

- для традиционного тяжёлого бетона – полинафталинсульфонат; дозировка 0,5 % по сухому веществу от массы цемента;

6. В качестве противоморозной добавки – формиат натрия, производство КНР; дозировка в % по сухому веществу от массы цемента.

Гранулометрический состав известняковой муки определялся на приборе MASTERSIZER.

Полученный график представлен на рис.1.

Рис.1. Гранулометрический состав муки известняковой доломитовой

Из полученных результатов следует, что содержание зёрен менее 20 мкм составляет 39,5 %; зёрен менее 10 мкм – 26,8 %.

 

Составы бетонных смесей и прочностные показатели полученных бетонов (замороженных в течении 4 ч после формования и не подвергавшихся воздействию отрицательных температур) представлены в табл.2.

Из данных табл.2 следует:

1. При уменьшении рекомендуемой (для температуры минус 15 оС – 3 % от массы цемента) дозировки формиата натрия в 2 раза:

- у традиционного тяжёлого бетона (составы №4 и №5) – произошло резкое снижение прочности. Это является хорошей иллюстрацией негативных последствий экономии ПМД при зимнем бетонировании;

- у самоуплотняющегося бетона (составы №2 и №3) – снижение дозировки ПМД не при-вело к заметному снижению прочности. При этом, несмотря на большие значения водоце-ментного отношения, бетонные смеси, будучи более пластичными, не имели водоотделе-ния.

2. СУБ, подвергнутый после формования воздействию температуры минус 15 оС, при отсутствии ПМД, характеризуется существенным снижением прочностных показателей во все представленные сроки твердения (состав №1). При этом на образцах наблюдались следы морозной деструкции.

Это, вероятно, связано с изменением структуры бетона и, как следствие, с меньшим количеством свободной (физически связанной) воды, переходящей в лёд, в составе бетон-ной смеси. Причиной может служить наличие тонкодисперсных частиц наполнителя (зёрен менее 20 мкм), а также присутствие в смеси добавки на поликарбоксилатной основе, что модифицирует структуру цементного камня и бетона.

Данная гипотеза подтверждается работами Н.Н. Долгополова и его коллег, которые при разработке «вяжущего для низких температур» (ВНТ) установили, что при использовании ВНТ с удельной поверхностью 550 – 600 м2/кг, расход ПМД существенно снижается [7]. При этом Загрековым В.В. определена зависимость между льдистостью и удельной поверхностью вяжущего. Из указанных работ следует, что при поверхности вяжущего более 550 м2/кг величина льдистости составляет менее 75 % (при температурах твердения до минус 20 оС). При этом вред от морозной деструкции бетона не значителен. Снижение льдистости замораживаемых сразу после укладки бетонных смесей при увеличении удельной поверхности вяжущего объясняется тем, что при превышении показателя 550 м2/кг часть воды затворения «защемляется» в микрокапиллярах между тонкими частицами – эта вода замерзает при температурах ниже минус 20 оС.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что технология самоуплотняющихся бетонов эффективна как при наличии крупного заполнителя в смесях и бетонах, так и без него.

Значения прочности бетонов при сжатии существенно превосходят ожидаемые (исходя из расчётных зависимостей).

Испытанные образцы тяжёлых и мелкозернистых СУБ имеют марку по морозо-стойкости F2150. Для получения более морозостойких бетонов в составы смесей необхо-димо вводить воздухововлекающие добавки; позитивный опыт получения при этом марок по морозостойкости F2200… F2300 имеется у ряда фирм – как отечественных, так и зарубежных.

Получен высокопрочный мелкозернистый СУБ, имеющий сравнительно неболь-шой модуль упругости, что предотвращает «охрупчивание», характерное для традицион-ных цементных бетонов прочностью более 40 МПа. В перспективе планируется изучить ползучесть таких бетонов.

При ведении зимнего бетонирования самоуплотняющимися бетонными смесями возможно снижение рекомендуемых производителями дозировок противоморозных доба-вок. Это объясняется модифицированием структуры смесей и бетонов за счёт совместного использования добавок на поликарбоксилатной основе и тонкодисперсных наполнителей.

 

Список использованной литературы

1. Ефимов С.Н., Суханов М.А., Глубоков Е.В., Тарасова А.Ю. Самоуплотняющиеся бето-ны. Реальность и перспективы. Строительная орбита. Ноябрь 2013. С 76-77.

2. Rings, K.H., Kolczyk, H, Losch, P: SCC: Grenzen der Betonzusammensetrung. Немецкий журнал: Beton 7+8/2006, стр. 357-362.

3. Rings, K.H., Kolczyk, H.: Selbstverdichtender Beton SVB-ein neuer Hochleistungs Beton. Информация немецкой фирмы: Heidelberger Addiment.

4. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., АСВ, 2003, с 276.

5. ГОСТ 24211-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов.

6. ГОСТ 30459-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности.

7. Долгополов Н.Н., Суханов М.А., Загреков В.В., Лореттова Р.Н. Информация. Вяжущее для низких температур и зимнее бетонирование на его основе.

Прочитано 2508 раз

Похожие материалы (по тегу)

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии
 

75 лет победы

Журнал Строительная орбита

05-062020

 

Спецвыпуск к X Съезду РСС

coverrss

 

Безопасные и качественные дороги

 №05-01/2019-2020

7468641

Деловая Россия. 21 век

564161

Энциклопедия "Дороги, мосты и тоннели России"

Книга-1

Все о ЖКХ

f0ecf5b9975ee5b5e29e84ccab2a7523 XL

Вакансии

Партнеры

RSS logo

Logo 179 179

1251651

stroyorbita.ru

Баннер

200х200. Interplastica21

4849848484

Реклама

 FV400х4002456456

 

 

 

 

  

 

Ближайшие выставки

14.10.2020

III Международная научно-практическая конференция «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений»

15.10.2020

XI СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ ВЫСТАВКА СТРОЙЭКСПОКРЫМ

15.10.2020

Премия BIM&Security 2020

23.10.2020

Онлайн-конференция «Цифровизация строительной отрасли»

29.10.2020

Крым Билд 2020

10.11.2020

Онлайн-конференция «Российский рынок промышленных ЛКМ»

10.11.2020

IV международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ»

18.11.2020

Строй-Волга-2020

08.12.2020

BIM Форум 2020

16.03.2021

UzBuild 2021

Посмотреть все события

Форма входа

Подписка

 

 

facebook-Logo

Посещение