Гидрофильные добавки к бетону

Гидрофильные добавки к бетону.

Гидрофильные добавки отличаются сильным пластифицирующим действием при относительно небольшом воздухововлечении. Поэтому прочность бетона с добавкой с. с. б. получается, как правило, выше прочности бетона с гидрофобизующей добавкой, вовлекающей воздух, если бетоны изготовляются при сохранении подвижности бетонных смесей в заданных пределах.

Воздухововлечение, вызываемое органическими добавками, является важным, но не единственным фактором, влияющим на прочность бетона. Адсорбционные слои органических веществ задерживают гидратацию цемента и нарастание прочности бетона. При введении органической добавки в дозировках, превышающих определенный оптимум, 28-суточная прочность бетона понижается, несмотря на возрастание цементно-водовоздушного отношения. В данном случае фактор пористости бетона уступает место тормозящему влиянию избытка органической добавки на процесс твердения бетона.

П. А. Ребиндером и его сотрудниками разработан вопрос об адсорбционном модифицировании, позволяющем создавать мелкозернистые структуры поликристаллических тел с более рациональной формой кристаллов. Модифицирование добавками поверхностно-активных веществ новообразований в цементном камне не только улучшает механические свойства цементного камня, но и способствует повышению морозостойкости бетона.

Таким образом, прочность бетона, содержащего органическую добавку, есть результат многообразных воздействий добавки на бетон.

Оценка влияния дополнительной воздушной пористости на стойкость бетона

Дискуссионной была и остается оценка влияния дополнительной воздушной пористости на стойкость бетона. Большинство американских и других зарубежных исследователей ставит морозостойкость бетона в прямую связь с количеством вовлеченного воздуха. Мнение противоположного порядка, о вредном влиянии вовлеченного добавками воздуха, было высказано М. А. Решетниковым и И. В. Евфимовским.

Для выяснения роли вовлеченного воздуха нами проведены прямые опыты по определению водопоглощения цементных материалов при длительном выдерживании их в воде, а также многолетние испытания морозостойкости бетонов в лабораторных и естественных условиях.

Образцы из пластичного цементно-песчаного раствора состава 1:2,5 (по весу) и из цементного теста нормальной густоты изготовляли в форме цилиндров диаметром основания 70 мм и высотой 10; 31 и 63 мм. Через 90 суток твердения во влажной камере образцы высушивали до постоянного веса при температуре 105°С и помещали в ванну с водой комнатной температуры. Изменение веса образцов определяли через 1; 3; 7; 28; 180 и 365 суток хранения в воде по отношению к весу в сухом состоянии. Водопоглощение вычисляли по результатам испытания 5 образцов-близнецов каждой серии.

Данные о водопоглощении образцов цементного камня показали, что количество поглощенной воды возрастает пропорционально увеличению полной поверхности образца.

Все примененные органические добавки (мылонафт, олеиновая кислота, асидол-мылонафт, с. с. б.) уменьшили водопоглощение цементного теста, определявшееся при кратковременном 1-суточном выдерживании образцов в воде.

Таким образом, гидрофобные и гидрофильные добавки сильно замедляют водопоглощение отвердевшего цементного теста, причем водопоглощение цемента с органическими добавками имеет затухающий характер и стабилизируется на том же или более низком уровне, что и водопоглощение обычного цемента. Исключение составляет цемент с мылонафтом.

Замедление водопоглощения цементного камня

Для цементов с органическими добавками вследствие замедления водопоглощения характерна большая величина отношения. Такое замедление водопоглощения цементного камня, вызываемое поверхностно-активными добавками, является положительным фактором, способствующим повышению морозостойкости бетона, подвергающегося эпизодическому действию воды.

При длительном выдерживании цементных образцов в воде, в особенности в период от 180 суток к 365 суткам, наблюдалась тенденция к сближению величин водопоглощения у образцов из примененных цементов. В результате после выдерживания в воде в течение 365 суток водопоглощение цемента с органическими добавками гидрофобного и гидрофильного типа приближается к водопоглощению обычного цемента. Однако к концу опыта водопоглощение цементов с органическими добавками не превосходило водопоглощения обычного цемента.

Водопоглощение цементного камня сопоставлялось с водпоглощением раствора.

Объемный вес образцов цементно-песчаного раствора, испытанных на водопоглощение.

Опыты с раствором состава 1:2,5 представляют интерес в. том отношении, что при изготовлении образцов с органическими добавками не наблюдалось дополнительного воздухововлечения. Исключение составляет один образец высотой 31 мм из цемента 2-мн. Раствор с органическими добавками уплотнялся при одинаковых условиях лучше, чем обычный и имел, как правило, большой объемный вес. Вследствие этого пористость раствора 1:2,5 с органическими добавками была меньше, чем у того же раствора на обычном цементе.

Органические добавки к бетону

При продолжительном насыщении водопоглощение всех исследованных серий растворов стремится к затуханию.

Органические добавки замедляют начальное водопоглощение раствора, поэтому отношение у растворов с добавками, как правило, выше, чем у обычного раствора. Однако в отличие от цементного теста, не наблюдалось сближения величин водопоглощения растворов, изготовленных из разных цементов при длительном насыщении. У всех цементов с органическими добавками не только замедлилось начальное впитывание воды, но и уменьшилась абсолютная величина водопоглощения. Исключение составил гидрофобный цемент с мылонафтом.

На основе результатов исследования водопоглощения отвердевшего цементного теста и раствора (1:2,5) при продолжительном насыщении можно указать, что в большей степени уменьшение впитывания воды наблюдалось при применении гидрофобного цемента с добавками асидолмылонафта и олеиновой кислоты, а также при введении с. с. б. Гидрофобный цемент с добавкой мылонафта дал относительно худшие результаты.

Опыты показали, что гидрофобные и гидрофильные добавки замедляют водопоглощение отвердевшего цементного камня и раствора, причем водопоглощение цементов с добавками имело затухающий характер и стабилизировалось к концу годичного срока насыщения на более низком уровне по сравнению с водопоглощением обычного цемента. Наличие дополнительных воздушных пор, образованных при введении добавок, не увеличило водопоглощения при длительном насыщении. Это указывает на то, что более мелкие поры от вовлеченного воздуха не заполняются водой даже при продолжительном пребывании цементного камня или цементного раствора в воде. По данным В. В. Стольникова поры, образующиеся при введении добавок, имеют размеры от 0,0025 до 0,025 см.

Более мелкие из этих пор ведут себя подобно контракцнонным: не заполняются водой при обычных условиях насыщения (но могут заполняться водой под вакуумом), т.е. являются условно замкнутыми (по терминологии академика П. А. Ребиндера).

Испытания бетонов с поверхностно-активными добавками

Исследования морозостойкости и водопоглощения привели к выводу, что умеренное воздухововлечение (2-3%) вместе с главными факторами (уменьшением объема капиллярных пор, предотвращением расслаивания и др.) способствует повышению морозостойкости бетона.

Представляют интерес зарубежные данные о многолетнем испытании бетонов с поверхностно-активными добавками, проведенном в лабораторных и естественных условиях. Джексон подробно изложил результаты 14-летних лабораторных и 12-15-летних натурных испытаний бетонов, изготовленных на одних и тех же цементах. Были применены 27 цементов. Без добавок 21 цемент, в том числе типа I (общего назначения) -8 цементов, типа II (с умеренным тепловыделением и сульфатостой-костью) ― 5 цементов, типа III (быстротвердеющие) ― 3 цемента, типа I (с низким тепловыделением)- 4 цемента, типа (с повышенной сульфатостойкостью) ― 1 цемент. С воздухово-влекающими добавками использовалось 6 цементов (типа I-4, типа II-1 и типа III-1). Удельная поверхность цементов была в пределах от 1650 до 2800 см2/г по Вагнеру (что соответствует примерно 1900-4000 см2/г по Товарову).

Для испытания в естественных условиях строили опытные участки дорог, забивали опытные сваи и закладывали массивы. На основании данных испытания, проводившегося в различных климатических условиях, Джексон сделал следующие выводы.

Лабораторные испытания показали, что без поверхностно-активной добавки большую стойкость имели бетоны на цементах с меньшим содержанием трехкальциевого алюмината, а также с умеренным содержанием C3S и СзА, т. е. па цементах I типа (низкотермичных). Морозостойкость бетона зависит от состава цемента, если ее испытывать в ранние сроки. В более позднем Еозрасте эти различия становятся меньше.

В описании состояния трех опытных дорожных цементно-бетонных покрытий после 15 лет службы Джексон отмечает, что цементы типов I и (т. е. низкоалюминатные) показали большую стойкость к шелушению, чем другие типы цементов без воздухововлекающих добавок. Это согласуется с данными С. В. Шестоперова и результатами нашего исследования.

Лабораторные испытания морозостойкости бетонов не противоречили натурным испытаниям в отношении значительного повышения долговечности при использовании воздухововлекающих добавок. Все участки покрытий, где были применены воздухово-влекающие цементы, через 15 лет службы не шелушились, хотя климатические условия (запад Нью-Йорка) являлись достаточно суровыми. Бетон покрытий изготовляли с расходом цемента 335-362 кг/м3 при осадке конуса в среднем 7,5 см; прямых данных о величине В/Ц не приводится. Если принять во внимание осадку конуса, можно полагать, что В/Ц было порядка 0,5-0,55 с некоторыми отклонениями. Воздухосодержание свежего бетона на цементах без воздухововлекающих добавок было менее 1%, а с добавками ― в среднем 3% (от 2,5 до 6,2%). По мнению Джексона, влияние таких факторов, как химический состав и тонкость помола цемента, является менее важным в сравнении с громадным улучшением стойкости в результате применения воздухововлекающих добавок.

Существенное повышение морозостойкости при введении поверхностно-активной добавки в бетон с В/Ц=0,55 полностью согласуется с нашими данными. Вместе с тем поверхностно-активные добавки следует применять в сочетании с другими мероприятиями по повышению морозостойкости бетона: рациональным выбором химико-минералогического состава цемента и характеристик пористости бетона, а также тщательным соблюдением технологии укладки бетона и ухода за ним.

Морозостойкость бетона с кремнеорганическими добавками

Бурно развивающаяся химическая промышленность в настоящее время освоила выпуск новых видов химических продуктов. Некоторые из них могут быть с успехом использованы для улучшения качества бетона. В этой связи серьезного внимания заслуживает использование в технологии бетона кремнеорганических соединений, находящих все более широкое применение в различных областях техники.

Как показали наши опыты, в более широком масштабе подтвержденные В. М. Москвиным и В. Г. Батраковым, а также О. В. Кунцевичем, П. Е. Александровым и Е. В. Лавринович

долговечность гидротехнических бетонов значительно повышается при введении кремнеорганических соединений полигидро-силоксанового типа и типа силиконата натрия.

Эмульсию готовят в быстроходной электромешалке-эмульгаторе производительностью 40-50 л/ч с числом оборотов 8000- 12 000 в 1 мин. Сначала в холодную воду добавляют желатин из расчета получения 1%-ного раствора и подогревают при температуре 60-80°С до полного растворения желатина. Охлажденный раствор заливают в приемную воронку, включают эмульгатор и добавляют жидкость ГКЖ-94 100%-ной концентрации. Соотношение ГКЖ к раствору желатина 1:1 (по весу).

Для получения однородной эмульсии ее пропускают через эмульгатор не менее пяти раз при 8000 об/мин и не менее двух раз при 12 000 об/мин. Приготовленная таким образом эмульсия, находясь в тщательно закупоренной таре, сохраняется в течение 1-2 месяцев без расслаивания. С целью увеличения срока стабильности эмульсии В. М. Москвин и В. Г. Батраков опробовали замораживание ее в виде брикетов. В замороженном состоянии эмульсия может сохранять свои первоначальные свойства сколь угодно длительное время. После оттаивания никаких признаков расслаивания эмульсии не наблюдается и все ее свойства сохраняются.

Кремнеорганическим соединением типа силиконата натрия является жидкость ГКЖ-Ю, представляющая собой водно-спиртовой раствор этилсиликоната натрия со структурной формулой

Жидкость ГКЖ-10 смешивают в любых соотношениях с этиловым спиртом или водой до образования прозрачных (с этиловым спиртом) или слегка мутных (с водой) растворов.

Кремнеорганические жидкости обоих типов вводят в бетонную смесь с водой затворения.

Пропаривание сильно понижает морозостойкость бетонов, изготовленных на высокоалюминатных портландцементах.

Изучалась возможность повышения морозостойкости бетонов, изготовленных из цементов с высоким содержанием СзА путем введения в их состав кремнеорганических добавок.

Исследования проводились с метилсиликонатом натрия (ГКЖ-Ю) и эмульсией ГКЖ-94, которые вводились с водой затворения.

Цемент, использованный для исследования, был изготовлен в лабораторной шаровой мельнице на клинкере, который имел следующий расчетный минералогический состав: C3S--60%, C2S- 17%, СзА-13%, C4AF-9%.

Тонкость помола цемента характеризовалась остатком на сите № 0085, равным 8%. В цемент при его изготовлении добавляли 4% двуводного гипса и 10% опоки. Из данных этой таблицы видно, что кремнеорганические соединения несколько повышают предел прочности цементов как при сжатии, так и при растяжении.

Испытание бетонов на прочность и морозостойкость

При введении добавок в количестве 0,2% незначительно снизилась прочность при сжатии и повысилась прочность при растяжении.

Испытание бетонов на прочность и морозостойкость проводили в образцах 10X10X10 см. В качестве заполнителей применяли гранитный щебень с предельной крупностью зерен 20 мм и кварцевый песок. Пластифицирующее действие кремнеорганических веществ оценивали в бетонных смесях с В/Д = 0,45 по удобоукладываемости, которую определяли по методу Б. Г. Скрамтаева.

Для установления оптимальной дозировки были проведены опыты с введением 0,05; 0,1; 0,15; 0,2% добавок. Дозировки даны в пересчете на чистые кремнеорганические соединения (к весу цемента).

Опыты, проведенные с более жесткой бетонной смесью, укладывающейся без пригруза в течение 2 мин, показали, что пластифицирующее действие оказывает только добавка ГКЖ-94, а ГКЖ-Ю, как и другие пластификаторы, применяемые в строительной практике, например с. с. б., мылонафт и др. плохо пластифицирует бетонные смеси с малым расходом воды.

Введение добавки ГКЖ-94 в бетонную смесь позволило снизить расход воды до 7%. Следует указать, что обычный критерий удобоукладываемости (заполнение формы) для подобных смесей неприемлем в связи с малой подвижностью системы. В наших опытах степень уплотнения контролировали по объемному весу бетонной смеси.

Газообразующую способность кремнеорганических соединений определяли весовым методом. Установлено, что введение кремнеорганических добавок в жирные и малоудо-боукладываемые цементные системы не приводит к дополнительному воздухововлечению.

Испытание бетона с кремнеорганическими добавками

Показатели прочности бетонов с кремнеорганическими веществами в возрасте 3 суток ниже, чем у бетона без добавок (рис. 66). Снижение прочности составляет от 9 до 34% в зависимости от дозировки добавки. К 28 суткам твердения прочность образцов с ГКЖ-Ю практически равна прочности бетонов без добавок, а прочность бетонов, содержащих ГКЖ-94, продолжает оставаться ниже прочности контрольных образцов.

Интересно отметить, что бетоны с добавками продолжали нормально твердеть. Испытание образцов в возрасте 330 суток показало, что бетоны, содержащие ГКЖ-10, имели прочность, превышающую на 15% прочность контрольного бетона. Образцы с добавкой ГКЖ-94 также продолжали твердеть, причем некоторые из них достигли прочности контрольных. Прочность образцов с максимальной дозировкой ГКЖ-94 (0,2%) оказалась ниже прочности бетонов без добавок.

Испытание бетона с кремнеорганическими добавками на морозостойкость в агрессивных растворах производилось при двух водоцементных отношениях ― 0,45 и 0,38- 0,35; состав бетона 1 : 1,75:3,5 (по весу) с расходом цемента 400 кг/м3. Замораживание бетонных образцов производилось при -17° С, оттаивание происходило в водопроводной и искусственной океанской воде с содержанием солей 35,51 г/л.

После 620 циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы бетона с водоцементным отношением, равным 0,45, содержащие ГКЖ-94, по внешнему виду практически не изменились, в то время как образцы без добавок и с ГКЖ-Ю разрушились после 250-300 циклов испытания. Испытание на сжатие сохранившихся образцов, содержащих ГКЖ-94, показало, что прочность их после 620 циклов возросла. Исключение составляет бетон с дозировкой добавки 0,05%.

Морозостойкость бетонов из алитоалюминатного портландцемента

Испытания бетонов, изготовленных с В/Ц, равным 0,38-0,35, после 620 циклов замораживания и оттаивания показали, что и в данном случае добавка ГКЖ-94 существенно повысила морозостойкость бетона.

Прочность образцов с 0,1% ГКЖ-Ю и 0,15% ГКЖ-94 после 620 циклов почти равна прочности бетона в возрасте одного года. Контрольные образцы без добавок полностью разрушались после 500-525 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Исследовалось также влияние кремнеорганических добавок на морозостойкость пропаренных бетонов, насыщаемых искусственной океанской водой. Испытывались образцы 7X7X22 см. Состав бетонов был принят тот же, что и в бетонах нормального твердения. Водоцементное отношение составляло 0,45, а дозировка кремнеорганических добавок ― 0,15% веса цемента. Цемент был приготовлен без опоки. Оценка результатов испытания на морозостойкость в агрессивных растворах производилась по динамическому модулю упругости.

Морозостойкость бетонов из алитоалюминатного портландцемента, подвергнутых пропариванию, примерно в 10 раз ниже морозостойкости бетонов нормального твердения. При этом добавка ГКЖ-Ю несколько повышает морозостойкость пропаренных бетонов, но не до уровня морозостойкости бетонов нормального твердения. Морозостойкость пропаренных бетонов с 0,15% ГКЖ-94 выше морозостойкости бетонов нормального твердения.

Повышение морозостойкости бетонов, содержащих кремнеор-ганические добавки типа ГКЖ-94, можно объяснить пластифицирующим действием добавки и ее гидрофобизующим влиянием, а также более равномерной структурой цементного камня. 

Повышение морозостойкости бетонов

В результате проведенных нами опытов установлена возможность получения морозостойкого бетона из цемента с высоким содержанием трехкальциевого алюмината путем введения 0,1-0,15% ГКЖ-94.

Этот вывод подтверждается исследованиями, проведенными в НИИЖБе, ЛИИЖТе и ВНИИГе. По данным В. М. Москвина, С. Н. Алексеева и В. Г. Батракова, добавка ГКЖ-94 позволяет получить более морозостойкие бетоны, чем воздухововле-кающая добавка с. н. в.

Результаты исследований, проведенных в ЛИИЖТе, свидетельствуют о том, что бетоны с добавкой ГКЖ-94 имеют более стабильные показатели морозостойкости по сравнению с бетонами, содержащими добавку с. н. в. В частности этими исследованиями доказано, что изменение содержания песка в смеси заполнителей и подвижности бетонной смеси оказывает большое влияние на морозостойкость бетонов с добавкой с. н. в. и значительно меньше сказывается на морозостойкости бетонов с добавкой ГКЖ-94.

В зависимости от изменений количества песка и подвижности бетонной смеси колебания в прочности образцов, подвергавшихся испытанию на морозостойкость, составляли для бетонов с ГКЖ-94 около 20%, а для бетонов с с. н. в. от 60 до 160%. Эти данные показывают, что бетоны с добавкой ГКЖ-94 имеют значительно более стабильные показатели морозостойкости, чем бетоны с добавкой с. н. в. Из сравнения показателей прочности образцов, изготовленных при одном и том же водоце-ментном отношении, видно, что после 615 циклов замораживания и оттаивания бетоны с добавкой ГКЖ-94 в большинстве случаев имели прочность, значительно большую, чем бетоны с добавкой с. н. в., прошедшие то же число циклов замораживания и оттаивания.

Исследования, проведенные в ЛИИЖТе, показали, что после 615 циклов замораживания и оттаивания потери прочности бетонов с добавкой ГКЖ-94 не превышали 25%, бетоны же с добавкой с. н. в., изготовленные при тех же значениях водоцементного отношения, имели значительно большие потери прочности.

При исследовании действия добавки ГКЖ-94 в жестких бетонных смесях Е. В. Лавринович изучала распределение пор по размерам и морозостойкость бетонов. Было отмечено, что при введении ГКЖ-94 происходит интенсивное газовыделение во всех бетонных смесях независимо от содержания в них воды, причем оно даже несколько больше в особо жестких смесях.

Несмотря на увеличение общей пористости, величина водопоглощения бетонов с ГКЖ-94 к моменту начала испытания на морозостойкость во всех случаях меньше, чем у бетонов без добавок. Микроскопические исследования цементно-водной суспензии с добавкой ГКЖ-94 показали, что размеры пузырьков газа, образующихся в суспензии, составляют 5-10 мк. Эти замкнутые поры прерывают сеть сплошных капилляров, уменьшая капиллярный подсос, и снижают водопоглощение. Эти исследования привели к выводу, что добавка ГКЖ-94 повышает морозостойкость бетонов, в частности, благодаря созданию резервных пор.

Опыты В. М. Москвина и В. Г. Батракова показали, что ГКЖ-Ю и особенно ГКЖ-94 позволяют также намного увеличить морозостойкость пропаренных бетонов из смесей средней подвижности (о. к. = 4-6 см), а также бетонов нормального твердения из смесей высокой подвижности (о.к.= 14 -4-15 см). Авторы этих исследований указывают на то, что в бетонах с добавками кремнеорганических соединений деструктивные процессы протекают медленно и главным образом в периферийных участках образца.

Особенно ярко такой характер разрушения выражен в бетонах, изготовленных с добавкой ГКЖ-94. В бетонах без добавок деструктивные процессы протекают весьма быстро во всем объеме образца.

Экспериментальные определения развития деформаций бетона в насыщенном водой состоянии показали, что в температурном интервале от +20 до -60° С наименьшие деформации по отношению к стали имели бетоны с добавкой ГКЖ-94. Наибольшие деформации удлинения отмечены у бетонов без добавок. Промежуточное положение занимают бетоны с добавками ГКЖ-Ю и с. н. в. Эти различия в деформациях бетонов могут быть объяснены образованием мелких равномерно распределенных пор в цементном камне при введении ГКЖ-94, а также частичной гидрофобизацией пор.

Натурные испытания долговечности бетонов, которые проводились в течение ряда лет В. М. Москвиным и В. Г. Батраковым в районе Кольского залива, подтвердили, что наиболее эффективным средством повышения стойкости бетона в зоне переменного уровня воды оказалось применение добавки ГКЖ-94 в количестве 0,1-0,2% веса цемента. Введение добавок кремнеорганических соединений в бетоны с В/Ц = 0,5 позволяет повысить их стойкость до стойкости бетонов с В/Ц = 0,4, приготовленных без добавок.

Методы определения состава морозостойких бетонов

Определение состава бетона заключается в установлении количественных соотношений между его компонентами, необходимых для получения бетонной смеси и затвердевшего бетона, удовлетворяющих проектным требованиям.

Эти соотношения устанавливаются вначале расчетным путем, но затем обязательно проверяются и уточняются на опытных замесах из материалов, применяемых на производстве.

Рекомендуются два метода определения состава морозостойких бетонов. Оба метода имеют целью получение бетона с такой пористостью, которая обеспечила бы заданную морозостойкость. В первом методе пористость ограничивается косвенно величиной В/Ц. Второй метод основан на прямом нормировании капиллярной пористости, величина которой определяется расчетно-экспериментальным путем.

Определение состава бетона по предельно допустимым значениям водоцементного отношения

Предельные величины В/Ц для бетонов различных зон сооружений установлены на основе лабораторных и натурных исследований. При назначении состава бетона для сооружений промышленной гидротехники наибольшая допустимая величина В/Ц принимается по табл. 60, а для бетонов речных и морских сооружений.

Рекомендуемые величины В/Ц дают возможность получить морозостойкий бетон только при правильном выборе вида цемента и применении качественных заполнителей; необходимо также тщательное соблюдение технологии производства работ.

После определения по таблицам предельного В/Ц устанавливается ориентировочный расход воды В.

В случае применения пуццоланового и шлакопортландцемента расход воды увеличивается на 10-30 л против указанного в таблице. Для жестких бетонных смесей содержание песка снижается на 1-3%. При применении пластифицирующих, воздухововлекающих и кремкеорганической добавок расход воды рекомендуется уменьшить на 10%.

Расходы воды и содержание песка относятся к составам бетонной смеси на природном песке с модулем крупности 2,5 и В/Ц = 0,55. Для бетона на песке другой крупности при изменении подвижности или водоцементного отношения используют с поправками.

Определение состава бетона с учетом характеристик пористости

Особенность метода состоит в том, что влияние на морозостойкость В/Ц и расхода цемента рассматривают совместно с показателем степени гидратации цемента, который суммирует влияние химико-минералогического состава цемента и производственных факторов (приготовления, условий и времени твердения бетона) на характеристики пористости и морозостойкость.

Метод основывается на следующих принципах.

Определение характеристик пористости бетона производится исходя из требуемой марки по морозостойкости, с учетом качества применяемого цемента и условий твердения.

На основе натурных и лабораторных испытаний выявлены и рекомендованы характеристики пористости для бетонов различной морозостойкости.

Наряду с ограничением капиллярной пористости желательно, чтобы у бетонов марок М200 и М300 отношение контракционной пористости к капиллярной составляло не менее 0,25-0,3.

Определение степени гидратации цемента к началу эксплуатации сооружения производится на основе предварительно полученных экспериментальных данных о скорости гидратации применяемого цемента в данных конкретных условиях твердения или (менее точно) по литературным справочным данным о количестве связанной воды для цемента близкого химико-минералогического состава.

Степень гидратации цемента

Из числа методов определения скорости гидратации цемента Ю. М. Бутт рекомендовал ― как простой и быстрый ― метод определения связанной воды. Имея данные о количестве связанной воды шп, определяют степень гидратации цемента, которая пропорциональна количеству связанной воды:

Если портландцемент к 28 суткам твердения связал 15% воды (wn = 0,15), то при (aOmax = 0.25 степень гидратации цемента а=0,6. В этом случае количество гидратированного 0,2а цемента составит: 0,6 Ц, т. е. 60% общего расхода цемента в бетоне.

Степень гидратации цемента может быть выражена через количество связанной воды. Про количество связанной воды wn = 0,25а, а степень гидратации цемента а = 4 wn.

Можно непосредственно определять степень гидратации цемента методом петрографического анализа.

Для ориентировочных расчетов характеристик пористости бетона можно пользоваться литературными данными о скорости гидратации цементов различного химико-минералогического состава.

Существуют данные о степени гидратации портландцементов из клинкеров заводского обжига. Количество трехкальциевого силиката в клинкерах находилось в пределах 45-63%, а трехкальциевого алюмината ― от 5 до 19%. Эти пределы охватывают возможные изменения в минералогическом составе клинкеров. Портландцементы с повышенным количеством C3S и СзА.

Неправильно считать, что уменьшение капиллярной пористости и повышение морозостойкости может быть достигнуто путем увеличения расхода цемента. Высокий расход цемента не только удорожает бетон, но и ухудшает его качество в связи с повышением усадки бетона и экзотермии.

Для уменьшения расхода цемента должно быть использовано повышение степени гидратации цемента путем его активизации, а также тщательного приготовления бетона и ухода за ним.

Определение расхода заполнителей бетонной смеси

Ориентировочное количество воды определяют по справочным данным в зависимости от показателя жесткости с учетом вида цемента, поверхностно-активной добавки, характеристик заполнителей, способа уплотнения. Однако нельзя ограничиваться формальным назначением количества воды по таблицам. Необходимо принять все меры к уменьшению расхода воды в плотно уложенном бетоне. Уменьшение количества воды затворения в бетоне на 20 л/м3 снижает его капиллярную пористость на 2% и может повысить морозостойкость на целую марку (при том же расходе цемента). Окончательно расход воды устанавливают после проверки и корректировки на опытных замесах.

Уменьшение водопотребности бетонной смеси на 10 л/м3 дает возможность уменьшить расход цемента примерно на 30 ― 34 кг/м3.

Важное значение имеет проверка темпа роста прочности бетона (в одно-, двух- и трехсуточном возрасте). Для бетона на основе БТЦ можно пользоваться коэффициентами роста прочности, полученными нами.

Экспериментальное уточнение расчетного состава бетона включает определение минимального количества воды затворения при комплексном использовании всех мероприятий, дающих возможность уменьшить расход воды в бетоне.

Если показатель жесткости бетонной смеси больше заданного, то для улучшения удобоукладываемости следует в первую очередь применять методы, не связанные с увеличением расхода воды, так как при увеличении расхода воды нужно повысить расход цемента из условия обеспечения требуемых характеристик пористости. При увеличении расхода воды на 10 л нужно, чтобы количество связанной цементным гелем воды (равное 0,5а Ц) также возросло на 10 л.

Увеличение расхода цемента на каждые 10 л воды составит 33 кг/м3 при а =0,6 и 25 кг/м? при а = 0,8.

Рекомендации по повышению морозостойкости бетона в железобетонных конструкциях

Производственный контроль за бетоном в сооружении должен включать контроль степени гидратации цемента с целью проверки получения в натуре характеристик пористости бетона, принятых при проектировании его состава. Задача контроля ― проверить, отвечают ли полученные характеристики пористости бетона проектным, т. е. обеспечена ли заданная морозостойкость. Исходными данными для контроля являются: степень гидратации цемента во времени, а также расход воды и цемента. Имея эти данные, по формулам вычисляют характеристики пористости бетона (капиллярную и контракционную пористость, пористость геля) для возрастающих сроков твердения, что дает возможность установить время ухода за бетоном, необходимое для получения проектных характеристик пористости.

Результаты научно-исследовательских работ и данные о сохранности бетона в эксплуатационных условиях дают возможность рекомендовать конкретные мероприятия для повышения срока службы бетона в сооружениях.

Повышение морозостойкости бетона градирен

Имеется большое сходство в характере воздействия среды на бетон в объектах промышленной гидротехники, а также в речных и морских гидросооружениях. Это прежде всего касается многократного замораживания и оттаивания как главной причины разрушения бетона надземных частей. Вместе с тем надо учитывать, что в некоторых промышленных постройках условия для бетона являются более тяжелыми, чем в обычных гидротехнических сооружениях.

К такого рода объектам относятся градирни; здесь многократное замораживание воздействует на тонкие конструкции с большим модулем поверхности.

Тяжелые условия службы бетона в железобетонных элементах градирен заставляют предъявлять повышенные требования как к качеству исходных материалов, так и к самому бетону. Поэтому вопросы повышения морозостойкости бетона рассматриваются отдельно для градирен и для гидротехнических сооружений.

Вопрос повышения долговечности железобетонных градирен является комплексным и его успешное решение зависит не только от качества бетона.

При разработке новых и совершенствовании имеющихся конструкций градирен необходимо увязывать конструктивное решение, методы строительства и эксплуатации с условиями работы бетона, имея целью повышение его долговечности. Достоинства и недостатки конструкции нельзя оценивать в отрыве от условий работы бетона. Следует не только использовать морозостойкие бетоны, но и применять конструктивные решения, а также методы эксплуатации, облегчающие условия работы бетона в сооружении.

Следовательно, для увеличения срока службы железобетонных градирен необходимо выполнение ряда основных требований к конструкциям при проектировании, а также к применяемым материалам, качеству бетона и технологии производства работ.

При проектировании градирен нужно учитывать условия эксплуатации: расчетную зимнюю температуру наружного воздуха, а также степень агрессивности оборотной воды и технологический режим эксплуатации (гидравлические нагрузки, возможные перерывы в работе в зависимости от характера производства и др.).

 

Ригели и балки

С целью повышения долговечности градирен целесообразно иметь минимальное количество стыков сборных элементов, причем для сопряжения сборных элементов не следует применять открытых стальных закладных деталей. В ряде случаев будет полезна гидроизоляционная защита элементов конструкций (колонн, ригелей, балок) нижнего яруса градирен.

Ригели и балки надо опирать непосредственно на колонны, не допуская висячих сопряжений. На ребрах сборных элементов вентиляторных градирен следует делать фаски с размером сторон 20 мм.

Важное значение имеет толщина защитного слоя для рабочей арматуры, которая должна быть не менее 30 мм.

Следует всегда применять приспособления для фиксации положения арматуры с целью получения проектной толщины защитного слоя бетона при изготовлении конструкций.

Требования к бетону градирен принимаются с учетом деления градирни на зоны и величины расчетной отрицательной температуры наружного воздуха, которая определяется как средняя температура наиболее холодной пятидневки.

В зависимости от величины отрицательной температуры наружного воздуха территория РФ условно разделяется на три района:

С учетом характера воздействия внешней среды на бетон как башенные, так и вентиляторные градирни подразделяются на две зоны:

первая зона ― надземная часть градирен и водосборный бассейн, за исключением днища и фундаментов; в этой зоне бетон работает в наиболее тяжелых условиях, подвергаясь многократному замораживанию;

вторая зона ― днище водосборного бассейна и фундаменты; здесь бетон подвергается фильтрующему действию воды той или иной степени агрессивности.

Бетоны первой и второй зоны должны быть достаточно плотными, и это требование определяет общий подход к ограничению величины В/Ц. Однако при выборе цемента необходимо учитывать, что более морозостойким должен быть бетон первой зоны, и это обстоятельство определяет различный подход к выбору вида вяжущего для бетона той или иной зоны.

Расход цемента должен быть, как правило, не более 450 кг/м3, во избежание большой усадки бетона. Для уменьшения В/Ц и повышения морозостойкости без перерасхода цемента следует применять органические гидрофобизующие и пластифицирующие, а также кремнеорганические добавки.

Для бетона первой зоны градирни предпочтительнее применять портландцемента с умеренным содержанием трехкальциевого алюмината (до 5-6%) и с 45-55% трехкальциевого силиката. Из цементов, выпускаемых нашей промышленностью, ближе всего к этой рекомендации подходит сульфатостойкий портландцемент. Количество активных минеральных добавок может достигать 8% веса цемента; причем нормальная густота цементного теста не должна превышать 26%.

Для бетона второй зоны наряду с портландцементом можно применять шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент.

Для замоноличивания стыков рекомендуется сульфатостойкий портландцемент марки не ниже 400. Гипсоглиноземистые расширяющиеся цементы могут быть использованы только после испытания на морозостойкость.

При омоноличивании стыков с целью повышения сцепления свежеуложенного бетона или раствора с бетоном сборных элементов рекомендуется обмазывать поверхность сопрягаемых элементов эпоксидной смолой.

Требования к заполнителю бетонной смеси

Главные требования к мелкому и крупному заполнителю для бетона ― чистота и постоянство зернового состава. Кроме того, для бетона первой зоны градирен крупный заполнитель должен выбираться с учетом нужной морозостойкости.

В качестве мелкого заполнителя предпочтительно применять кварцевый песок с модулем крупности не ниже 2,5 и с содержанием пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не более 3%.

Щебень желательно приготовлять из невыветрившихся плотных изверженных горных пород (гранита, сиенита, диорита и т. п.) с пределом прочности в водонасыщенном состоянии не менее 1200 кГ/см2. Следует ограничить содержание зерен неэффективной формы (игловатых, лещадных) в щебне для первой (до 5%) и второй зоны (до 10%) градирен.

Наибольшая крупность щебня для бетона оболочки башенных градирен с толщиной стенок 15-20 см должна быть не более 20 мм, а при толщине оболочки 20-40 см ― не более 40 мм.

Для повышения однородности бетона необходимо хорошее перемешивание бетонных смесей, поэтому умеренно жесткие и малоподвижные смеси следует приготовлять в бетономешалках принудительного действия или в вибросмесителях.

Сборные элементы градирен лучше формовать в металлических жестких формах, так как бортовая опалубка препятствует расширению бетона при пропаривании и способствует повышению его плотности.

Сборные железобетонные элементы могут твердеть при пропаривании или в естественных условиях. Режим пропаривания следует принимать таким, чтобы по возможности исключить деструктивные процессы при тепловой обработке.

Главное внимание нужно обратить на сохранение заданной влажности паровоздушной среды в пропарочной камере, определенную скорость подъема температуры и соблюдение тех мероприятий, которые исключают быстрое охлаждение изделий и их обезвоживание по окончании прогрева.

С этой целью пропаривание следует производить в безнапорных камерах при относительной влажности среды 100%; пар с давлением более 0,5 атм надо пропускать через слой воды толщиной не менее 20 см.

Температуру в камере следует поднимать плавно до 50°С со скоростью 10°С в час ― для изделий, изготовляемых из малоподвижной бетонной смеси, и 15° в час ― при применении жесткой бетонной смеси.

При температуре 50°С изделия рекомендуется выдержать 1,5-2 ч; затем температура в пропарочной камере повышается плавно (10-15° в час) до температуры изотермического прогрева 70° С. Продолжительность изотермического прогрева изделий устанавливается в зависимости от вида цемента и подвижности бетонной смеси опытным путем из расчета достижения бетоном прочности к концу пропаривания не менее 70% марочной.

Скорость снижения температуры после окончания изотермического прогрева не должна превышать 10-12° в час, при этом разгрузку камеры следует производить при перепаде температур воздуха в камере и в цехе не более 20°. Затем изделия выдерживают не менее 10 суток летом в естественных условиях, а зимой- в помещении с температурой воздуха не ниже 10° С при соответствующем уходе.

Отпускная прочность бетона для сборных железобетонных конструкций должна быть не менее 100% проектной марки.

В процессе эксплуатации градирен необходимо регулярно проводить технические осмотры и своевременный текущий ремонт конструкций.

Поврежденные железобетонные конструкции

Поврежденные железобетонные конструкции следует усиливать путем устройства железобетонных рубашек и защитных слоев из бетона, отвечающего требованиям, предъявляемым к бетону вновь строящихся градирен.

При проведении бетонных работ, связанных с ремонтом, разрушенные участки и другие дефекты сооружения (раковины, швы бетонирования) рекомендуется расчищать до здорового плотного бетона и заделывать торкрет-раствором или бетоном.

С целью предохранения бетона оболочки градирни от дальнейшего разрушения рекомендуется внутреннюю поверхность градирни защищать сплошным слоем торкрет-раствора по металлической сетке, крепящейся к поверхности бетона. Предварительно внутреннюю поверхность оболочки градирни надо очистить пескоструйным аппаратом. Для лучшего сцепления торкрет-растворного или бетонного слоя со старым бетоном рекомендуется перед нанесением торкрет-слоя или бетонированием покрасить очищенную поверхность эпоксидной смолой.

Торкрет следует наносить в 2-3 слоя общей толщиной 3-5 см. Для торкретирования внутренней поверхности градирни можно применять раствор следующего состава : 1 вес. ч. сульфатостойкого портландцемента марки 400-500 на 2 вес. ч. чистого промытого песка. Для повышения плотности торкрет-слоя в воду, идущую для изготовления раствора, целесообразно добавлять около 0,1% мылонафта или другой гидрофобизующей добавки, считая по весу цемента.

Поверхность торкрета в течение 14-20 дней следует предохранять от быстрого высыхания, вызывающего появление усадочных трещин.

Плотность бетона

Главнейшим требованием, предъявляемым к бетону гидротехнических сооружений, является его высокая плотность.

Высокая плотность бетона обеспечивается назначением рациональной величины водоцементного отношения при условии плотной укладки бетонной смеси и соответствующем режиме твердения, при котором капиллярная пористость будет минимальной.

Рекомендации по выбору В/Ц сделаны на основе натурных и лабораторных исследований с учетом условий службы бетона в различных зонах сооружения и в зависимости от климатических условий.

Для повышения морозостойкости бетонов, находящихся в суровых и особо суровых условиях, важное значение имеет правильный выбор вяжущего. Результаты исследований дают возможность выбрать цемент с учетом конкретных требований к бетону в отношении морозостойкости, коррозионной стойкости, прочности и др.

Для пропариваемых морозостойких бетонов рекомендуется портландцемент, содержащий около 56% трехкальциевого силиката и 5% трехкальциевого алюмината, размолотый до удельной поверхности порядка 3500 см2/г.

Бетон из этого портландцемента был стоек в условиях совместного действия мороза и морской воды.

Для сборных железобетонных конструкций речных гидротехнических сооружений можно применять быстротвердеющий портландцемент, содержащий до 8,5% трехкальциевого алюмината и имеющий высокую начальную прочность при нормальном твердении. Цементы должны применяться не позднее чем через 1 месяц после их изготовления. Лежалые цементы, с потерей при прокаливании свыше 3%, разрешается применять только для конструкций подводной и надводной зон после проведения соответствующих испытаний.

Для получения плотного бетона с наименьшими усадочными деформациями нужно стремиться к снижению расхода цемента, который, как правило, не должен превышать 350 кг/м3. С этой целью необходим тщательный подбор зернового состава заполнителей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ на гидротехнический бетон.

Уменьшению расхода цемента в бетоне способствует применение малоподвижных смесей.

Подбор состава бетонной смеси

Подбор состава бетонной смеси должен производиться так, чтобы получить плотный бетон требуемой морозостойкости, прочности и водонепроницаемости.

Для получения плотного бетона большое значение имеют условия твердения цемента и уменьшение капиллярной пористости. В связи с этим серьезную роль играет выбор режима пропаривания конструкций, так как недостаточная влажность в пропарочной камере, а также резкий подъем и быстрый спуск температуры могут значительно понизить морозостойкость бетона.

Режимы пропаривания бетонов на различных цементах рекомендованы в главе I на основе результатов лабораторных и натурных испытаний. Максимальная температура при пропаривании гидротехнических бетонов не должна превышать 70-80°С.

Бетоны из малопластичных смесей на портландцементе с содержанием трехкальциевого алюмината до 5% пропаривают при скорости подъема температуры 10-15°C в час. Бетоны на гидрофобном и пластифицированном портландцементе желательно пропаривать при более медленном подъеме температуры: 7-8°C в час.

Пропаренный бетон нуждается в уходе в первые дни после тепловой обработки. После пропаривания изделие не должно быстро высыхать или подвергаться резкому изменению температуры. Поэтому в холодное время года пропаренные изделия следует выдерживать при положительной температуре (не ниже 10°С) в течение 5-7 дней. В жаркую погоду требуется в это время периодическое увлажнение.

Уход за пропаренным бетоном предотвращает образование усадочных и температурных трещин, а также способствует самозатягиванию микротрещин, возникших в период тепловой обработки.

Основными мероприятиями по повышению долговечности сооружений, осуществляемыми в процессе их эксплуатации, являются проведение систематических технических осмотров конструкций сооружений и своевременный их ремонт.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статьи по кирпичу ( рядовому, лицевому,облицовочному,клинкерному, шамотному, силикатному,)