Морозостійкість бетонів, підданих пропарюванню

Морозостійкість бетонів, підданих пропарюванню.

Негативний вплив пропарювання на морозостійкість пластичних бетонів було встановлено вперше в роботі Н. А. Попова і А. В. Чуйко і одночасно підтверджено нами у ході натурних випробувань. Зразки разхмером 15х15х15 см були виготовлені з бетону, яка мала складу 1:0,55: 1,8:4 на основі портландцементу №2-8, витрата якого становив 324 кг/м3. Зразки пропаривали при 80°С, причому підйом температури тривав 4 год, ізотермічний прогрів ― 12 год і охолодження ― 6 ч. Через 60 діб після виготовлення пропарені зразки та зразки нормального твердіння були поміщені в з ону змінного рівня морської води. Через два роки один пропарений зразок зруйнувався зовсім, а на інших поряд з тріщинами з'явилися відколи кутів і раковини на верхніх гранях. Три збережених зразка після закінчення трирічного терміну мали тріщини на гранях і великі відколи кутів і ребер, досягали 7з довжини ребра.

При огляді середньої частини зламу роздавлених пропарених кубів були виявлені глибокі тріщини. Морська вода проникала за ним майже до середини зразків, про що свідчили відкладення солей. Характер руйнування вказує на те, що тріщини в пластичному бетоні з В/Ц = 0,55 утворилися ще в період його твердіння при пропарюванні. Замерзаюча вода расклинивала ці тріщини і зробила їх помітними.

В наступних дослідах морозостійкість пропареного бетону вивчали в залежності від його складу, величини капілярної пористості і режиму пропарювання.

Тверді та пластичні бетони, виготовлені на основі портландцементів П-0 і П-5, випробовували на морозостійкість у 28-добовому віці. Тривалість пропарювання бетонних зразків була різною. У всіх випадках морозостійкість пропарених пластичних бетонів з витратою води 172 л/м3 виявилася нижче морозостійкості пластичних бетонів нормального твердіння. Найбільшою мірою знижує морозостійкість пластичного бетону пропарювання за режимом з досить швидким підйомом температури і охолодженням (2 + 6 + 2 год).

Між тим зразки жорстких бетонів на основі портландцементів П-0 і П-5, виготовлені при нормальних умовах тверднення і з пропарюванням за скороченим режимам (2 + 2 + 1 і 2 + 6+2 год), після 300 циклів заморожування зберегли 77-92% марочної міцності.

Структура пропареного цементного каменю

Ця обставина говорить про те, що при пропарюванні цементного каменю з В/Ц від 0,3 до 0,4 відбувається відносне його ущільнення. При В/Д = 0,5 такого ущільнення не спостерігається, а при В/Ц = 0,6 питомий об'єм збільшується.

Аналіз диференційних кривих показує, що при пропарюванні вільна вода розширюється і збільшує розміри пір в цементному камені.

На підставі проведених дослідів можна зробити висновок, що структура пропареного цементного каменя знаходиться в тісному зв'язку з наявністю незв'язаної води і контракцией. Цементний камінь з низьким водоцементным відношенням (0,3-0,4) при пропарюванні ущільнюється, а з високим (0,6) ― стає більш пористим. Пропарювання з оптимального режиму позитивно впливає на ущільнення цементного каменю з низьким водоцементным ставленням.

При розробці режиму пропарювання необхідно враховувати контракционные явища в бетоні і зміни обсягу вільної води при підвищенні температури. Збільшення обсягу вільної води при формуванні структури бетону може викликати напруження розтягу в цементному камені, що призводять до порушення суцільності його структури.

Для одержання найкращої структури цементного каменю при пропарюванні необхідно підвищувати температуру таким чином, щоб сумарний обсяг контракції в одиницю часу дорівнює сумарному додаткового обсягу вільної води. При такому режимі пропарювання стягують напруги в системі «цемент ― вода», що викликаються контракцией, будуть компенсуватися розтягувальними напругами, що виникають від додаткового збільшення обсягу вільної води.

Результати дослідження процесів, що протікають при твердінні цементу в умовах пропарювання по різним режимам, а також вивчення пористості пропареного цементного каменю з різними/Ц, показали, що для часткового усунення негативного впливу вільної води і залученого повітря при пропарюванні і запарюванні можна рекомендувати: граничне зниження В/Ц і зменшення обсягу повітря в бетонних сумішах, а також зниження швидкості підйому температури.

З цього випливає, що пропарювання малопластичных бетонів є більш ефективним, ніж пропарювання пластичних бетонів з В/Ц > 0,5.

Фракції в інертної рідини

На поверхні пропарених розчинних зразків складу 1:4 і 1:6 з'явилися тріщини, причому їх кількість і величина зростали із збільшенням В/Ц. У зразків складу 1:2 з В/Ц = 0,4 тріщин на поверхні не спостерігалося.

Результати дослідів свідчать про негативний вплив високого водоцементного відносини на формування фізико-механічних властивостей бетонів (розчинів) при пропарюванні.

Величину пір і розподіл їх за розмірами в цементному камені після пропарювання і нормального твердіння визначали шляхом подрібнення і розтирання висушеного до постійного ваги цементного каменю з подальшим розсівом на фракції від 60 до 3000 мк. Потім визначали питомий об'єм кожної фракції в інертної рідини, і отримані результати наносили на графік у вигляді інтегральної кривої. По цій кривій будували диференціальну криву. Висота піків на диференціальній кривій вказує процентне відношення пір певного розміру до загального обсягу пір в цементному камені.

За даною методикою було досліджено цементний камінь з портландцементу №1 з водоцементным ставленням 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 у віці 28 діб. Дослідження проводилося на цементах, пропарених за режиму 4+14+4 год, а також твердевших в нормальних умовах. Інтегральна крива питомої обсягу пропареного цементного каменю з/Д=0,3-0,4 розташовується нижче інтегральної кривої нормального твердіння цементного каменю. При В/Ц = 0,4 інтегральні криві для нормального твердіння і пропарювання майже поєднуються. При В/Ц = 0,6 інтегральна крива пропареного цементного каменю вище інтегральної кривої, отриманої при нормальному твердінні.

Випробування на водонепроникність бетонних циліндрів

Випробування на водонепроникність бетонних циліндрів, виготовлених з портландцементу П-0, проведене в 28-добовому віці, показало, що зразки бетону складу I (з витратою води 127 л/м3), пропарені по режиму 2 + 6 + 2 ч, не виявили ознак просочування води в умовах стандартного випробування при односторонньому гідростатичному тиску 16 атм. Водонепроникність зразків нормального твердіння характеризувалася гідростатичним тиском 10 атм. Отже, пропарювання не погіршило щільності бетону.

Зменшення кількості води замішування є основним фактором поліпшення властивостей пропареного бетону. Так, капілярна пористість щільно укладеного бетону з кількістю води замішування 127-130 л/м3 при належних умов для гідратації цементу наближається до нулю.

Таким чином, в добре ущільненому бетоні може бути лише невеликий об'єм капілярних пор (приблизно 2-3%), утворених в основному защемленным повітрям. Підвищення щільності бетону, що розуміється як зменшення об'єму капілярних пір, є необхідною умовою отримання морозостійких і водонепроникних пропарених бетонів з високою початковою міцністю.

Представляє інтерес застосування поверхнево-активних добавок для підвищення морозостійкості пропарених бетонів.

Пластичні бетонні суміші

У роботі Н. А. Попова і А. В. Чуйка була виявлена можливість підвищення водонепроникності і морозостійкості пропарених бетонів при введенні органічних добавок. Разом з тим в раніше виконаної нами роботи були відзначені негативні явища, що спостерігалися при пропарюванні пластичних розчинів і бетонів з органічними добавками. Зокрема, при пропарюванні (по режиму 4 + 12 + 4 год при 80°С) зразки-призми 4х4х16 см з пластичного розчину складу 1:3 (по вазі) на пластифицированном портландцементі (з 0,2% с. с. б.) деформувалися. У деяких випадках на верхній грані зразків з пластичного бетону з добавкою с. с. б. або милонафта в результаті пропарювання утворювався пористий шар товщиною 4-7 мм. Дані лабораторних дослідів і практики свідчать про те, що деформації і розшарування цементних матеріалів з утворенням пористих шарів пов'язані з вовлечениєм повітря, яке супроводжує застосування поверхнево-активних речовин. Повітря, залучений в бетонну суміш і залишився в ній після ущільнення, при пропарюванні розширюється і переміщується до верхньої (вільної) межі виробу, що формується, накопичується у верхньому шарі, викликаючи його підвищену пористість. Тому бетони з залученим повітрям потребують витримці перед пропарйванием, тривалість якої встановлюється досвідом і не повинна бути менше 4 ч. При встановленні режиму пропарювання бетону з органічною добавкою особлива увага повинна бути звернена на тривалість попередньої витримки.

Слід також врахувати, що гідрофобний портландцемент для ряду районів є найкращим завдяки незмінності його властивостей при транспортуванні та тривалому зберіганні.

Пропарювання бетонів

Прийнято вважати, що міцність пропарених бетонів у віці 28 і 90 діб нижче міцності бетонів аналогічного складу, твердевших в нормальних умовах. Цей висновок не поширюється на бетони з низьким В/Ц, що виготовляються на портландцементі з помірним вмістом трьохкальцієвого алюмінату.

Пропарювання бетонів з В/Ц = 0,3 ефективніше, ніж пропарювання бетонів з В/Ц = 0,4. Міцність бетонів з В/Ц = 0,3 в залежності від режиму пропарювання становить 83-101% міцності бетону нормального твердіння.

Як відомо, ефективність режиму пропарювання не можна оцінювати за кількістю градусо-годин.

Після 250 циклів поперемінного заморожування і відтавання бетони з В/Ц = 0,4, пропарені по режимам II, III і I, мали більш високий модуль пружності порівняно з бетонами нормального твердіння.

Таким чином, для бетонів з В/Ц=0,3 допустимо скорочене 10-годинне пропарювання, відповідне режиму .

Огляд зразків показав, що характер руйнування їх не однаковий: пропарені бетони зазвичай розпадалися на шматки (розміром 1-2 см в поперечнику), а бетони нормального твердіння шелушились з поверхні, при цьому погіршувалися їх фізико-механічні властивості. В окремих випадках бетони нормального твердіння повністю руйнувалися і цементний камінь легко розтирався у порошок; шматки пропарених бетонів були значно міцніше.

Ці спостереження дозволяють зробити висновок, що в пропарених бетонах можуть утворюватися глибокі мікротріщини, однак міцність цементного каменю іноді вище, ніж у бетонах нормального твердіння.

Натурні випробування стійкості бетонів, підданих пропарюванню

Натурні випробування пропарених бетонів проводилися в тих же умовах і за тією ж методикою, що і випробування бетонів нормального твердіння. Характер впливів середовища на бетон в районі випробувань описаний в третьому розділі. Особливістю умов, в яких знаходилися зразки, було багатократне поперемінне заморожування і відтавання бетону, насиченого морською водою.

Були виготовлені зразки при різних режимах пропарювання. Для виготовлення цієї серії зразків застосовували наступні портландцемента: сульфатостійкий марки 400; гідрофобний марки 300; пластифікований портландцемент марки 500 (з добавкою с. с. б. в кількості 0,2% від ваги цементу); шлакопортландцемент марки 300; розширюється гипсоглиноземи-стий цемент марки 500.

В якості заповнювача використовували гранітний щебінь крупністю до 20 мм і місцевий пісок, задовольняв вимогам ГОСТ.

Бетони на зазначених портландцементах готували з В/Ц = 0,45, пропаривали зразки з трьох режимів: перший― 4+12+6 год; другий― 9+10+3 год; третій― 8+1+15 ч.

 

Міцність бетонів пропарених

Бетони на розширюється гипсоглиноземистом цементі не пропаривали. Зразки мали розміри 7х7х7 див. Досліди показали, що міцність пропарених бетонів на сульфатостойком портландцементі в 28-добовому і дворічному віці була вище міцності бетону нормального твердіння. Ці бетони після 300 циклів поперемінного заморожування і відтавання, проведеного в лабораторних умовах, збереглися дуже добре.

Після п'ятирічного випробування в зоні змінного рівня води пропарені зразки на сульфатостойком портландцементі збереглися також досить добре, при цьому їх міцність була приблизно на 10% вище в порівнянні з міцністю зразків нормального твердіння. Через 5 років зберігання в море міцність бетонів нормального твердіння і пропарених підвищилася порівняно з марочної на 50-70%. Руйнування зразків при огляді не було виявлено.

Міцність пропарених бетонів на гідрофобному портландцементі не досягла міцності бетонів нормального твердіння з того ж цементу. Відносно високі показники міцності пропареного бетону на гідрофобному портландцементі були отримані в результаті пропарювання по режиму 9 + 10 + 3 ч.

Результати випробування на морозостійкість у лабораторії

При випробуванні морозостійкості після 300 циклів міцність пропарених бетонів з гідрофобного цементу підвищилася на 30-70% у порівнянні з міцністю зразків-близнюків 28-денного віку, а міцність бетонів нормального твердіння - лише на 20%.

Характерно, що міцність бетонів на гідрофобному портландцементі протягом п'ятирічного перебування в зоні змінного рівня води значно збільшилася і в кінці цього періоду була на 50-80% вище 28-добової міцності.

Міцність пропарених бетонів на пластифицированном портландцементі після подальшого тверднення в нормальних умовах протягом 2 років була нижче міцності бетону, що не піддавалося пропарюванню. Відносно високу міцність мав бетон, пропарений по режиму 9+10+3 год, що зазначалося вище для гідрофобного цементу.

Результати випробування на морозостійкість у лабораторії і природних умовах вказують, що більш сприятливими для даного пластифікованого цементу є другий і третій режим пропарювання з поступовим 9-10-годинним підйомом температури. Абсолютні величини міцності пропарених бетонів з цього цементу, що перебували на стенді, були дуже близькі до показників міцності бетону нормального твердіння.

Порівняння результатів випробування бетонів на шлакопортландцементе виявило, що міцність пропарених бетонів при подальшому нормальному зберіганні нижче міцності бетонів нормального твердіння. Міцність пропарених бетонів після 300 циклів поперемінного заморожування і відтавання була вище на 30-83% у порівнянні з міцністю зразків-близнюків 28-добового віку.

Протягом 5 років випробування на стенді бетони з шлакопортландцементу нормального твердіння і пропарені підвищили свою міцність, причому більш високі показники міцності були у бетону, пропареного по режиму 8+1+15 ч.

Пропарений бетон з В/Ц = 0,4 мав найбільш високі показники міцності при випробуванні в натурних умовах у разі застосування сульфатостійкого портландцементу.

Проведені дослідження показали, що для усунення негативного впливу пропарювання на морозостійкість необхідний правильний підбір виду цементу та складу бетону.

На основі лабораторних і натурних досліджень рекомендується для морозостійких пропариваемых бетонів портландцемент, містить близько 50% трьохкальцієвого силікату і близько 5% трьохкальцієвого алюмінату, розмелений до питомої поверхні близько 3000-3500 см2/р.

Головним засобом підвищення стійкості пропареного бетону в умовах циклічного впливу середовища є зменшення водоцементного відносини.

Верхня межа водоцементного відносини в морозостойком бетоні для збірних елементів, виготовлених із застосуванням пропарювання, слід обмежити 0,4-0,45.

Режим пропарювання надає певний вплив на стійкість бетону в змінних умовах. Режим пропарювання залежить від виду цементу та складу бетону. Для бетону з В/Ц = 0,45, виготовленому на портландцементі вище рекомендованого складу, приблизно рівноцінно пропарювання при 80°С за режимами 4+12+6, 9+10+3 і 8+1+15 ч.

Підвищення морозостійкості швидкотверднучих бетонів для збірних залізобетонних конструкцій

Портландцементу, що містять поверхнево-активні речовини (гідрофобний, пластифікований), а також шлакопортландцемент, в перший час після замішування повільніше взаємодіють з водою, зерна їх повільніше набухають. Ці цементи краще себе ведуть при пропарюванні з поступовим підйомом температури до 80° С протягом 8-9 ч. Гідрофобний і пластифікований цементи показали більш високі міцності в бетоні при пропарюванні по режиму 9+10 + 3 ч. Для йшла-копортландцемента ефективніше виявився режим 8+1 + 15 ч.

Для закладення швів між збірними конструкціями, які, як правило, піддаються пропарюванню, використовують розчинили дрібнозернистий бетон на портландцементі чи цементі, що розширюється.

У зв'язку з цим була вивчена морозостійкість розчинів складу 1:2 з В/Ц = 0,38 на сульфатостойком портландцементі і на більший гипсоглиноземистом цементі, а також бетону на цьому цементі складу 1 :0,45 : 1,5:3,5.

Використання швидкотверднучих портландцементів

Використання швидкотверднучих портландцементів поряд із застосуванням малопластичных бетонних сумішей є в сучасних умовах одним з основних чинників прискорення процесу виготовлення збірних залізобетонних конструкцій.

Між тим деякі особливості швидкотверднучого портландцементу (високий вміст трьохкальцієвого алюмінату, велика тонкість помелу, підвищені добавки гіпсу і ін) можуть знизити морозостійкість бетону.

Тому дослідження бетонів на швидкотверднучих цементах мало головною метою підвищення їх морозостійкості. Для цього з одного боку, регулювали властивості самого в'яжучого шляхом підбору оптимальної тонкості помелу і добавки гіпсу, з іншого ― підбирали раціональний склад бетону.

Вплив питомої поверхні цементу і вмісту в ньому гіпсу на морозостійкість бетону

Як відомо, підвищення тонкості помелу цементу і збільшення добавки гіпсу сприяють підвищенню початкової міцності цементу.

В даному дослідженні головну увагу приділено вивченню впливу тонкості помелу цементу і змісту гіпсу на морозостійкість бетону.

Застосовувалися портландцементи на основі клінкерів, істотно відрізнялися один від одного за своїм хіміко-мінералогічним складом.

Для регулювання фізико-механічних властивостей цементів ― водопотребности, строків тужавлення, морозостійкості і міцності ― були використані добавки сульфату кальцію, який у вигляді напівгідрату вводили при помелі клінкеру в кількості 1; 2; 3,2; 5,2% ваги розмеленого цементу (у перерахунку на сірчаний ангідрид).

Для помелу клінкерів використовували лабораторну кульову млин. Ступінь дисперсності одержуваного портландцементу контролювали за допомогою приладу Товарова.

Були прийняті три ступеня дисперсності: перша відповідала питомої поверхні 2300-2900 см2/г, друга ― 3500 - 3900 см2/г, третя -4700-5100/см2 р.

Показники міцності портландцементів визначали в жорсткому розчині по ГОСТ 310-41 і в пластичному розчині за загальновідомою методикою з використанням зразків-балочок розміром 4X4X16 див. Дрібнозернистий бетон з водоцементным ставленням 0,55 виготовляли на кварцовому піску і гранітному щебені з розміром зерен до 15 мм Легкоукладальність бетонної суміші становила 8 сек.

Зміна дозування гіпсу

Хімічним аналізом було перевірено наявність незв'язаного гіпсу в зразках пластичного розчину 1 : 3, виготовлених на портландцементах з питомою поверхнею 2300-2900 см2/г при добавці напівводяного гіпсу в межах від 1,5 до 8%. Дані цього визначення показали, що, незважаючи на відносно невисоку тонкість помелу цих цементів, у зразках не виявлено незв'язаного гіпсу навіть при введенні 8% напівводяного гіпсу.

Зміна дозування гіпсу дозволяє регулювати терміни схоплювання, густина і міцність портландцементу. Зміна питомої поверхні цементу в зазначених межах не вплинуло сильно на їх колір: нормальна густота цементного тіста при збільшенні питомої поверхні зростала на 0,5-2%.

При великої тонкості помелу (питома поверхня 4700 - 5000 см2,1г) спостерігалося занадто швидке схоплювання не тільки цементів В і Р з підвищеним вмістом трьохкальцієвого алюмінату, але і малоалюминатного цементу А. У высокоалюми-натного цементу М при високій степені подрібнення ― близько 5000 см2/г ― величини оптимальних добавок гіпсу, визначені за показниками міцності і за термінами схоплювання, не збігалися. Щоб отримати початок тужавлення не раніше 45 хв, дозу гіпсу треба було підвищити в порівнянні з тією, яка була бажаною за показниками міцності (табл. 33).

Проведені випробування активності портландцементів в жорсткому і пластичному розчинах дають можливість простежити вплив дисперсності цементу і добавок сульфату кальцію на зміну його міцності. При підвищенні дисперсності портландцементу початкова міцність істотно зростає тільки при введенні оптимальної добавки сульфату кальцію.

Значення оптимальних дозувань гіпсу

Криві, що дозволяють встановити область раціональних доз сульфату кальцію для цементів певного хіміко-мінералогічного складу залежно від тонкості помелу. Дослідження показали, що з введенням оптимальної добавки сульфату кальцію при розмелі портландцементу початкова міцність в'яжучого*підвищується на 25-50%- Зміна дозування добавки в межах 1-3% (в перерахунку на сірчаний ангідрид) особливо сильно впливає на показники початкової міцності тонкомолотых цементів В і Р з більш високим вмістом трьохкальцієвого алюмінату.

Домол портландцементу з питомої поверхні 2300 - 2900 см2/г до отримання 4000-5000 см2/г при оптимальному дозуванні сульфату кальцію дозволяє збільшити початкову міцність в 1,5-2 рази і отримати швидкотверднучі цементи з показниками триденної міцності в пластичному розчині 150-200 кГ/см2 і в жорсткому розчині 350-500 кГ/см2

Значення оптимальних дозувань гіпсу, визначені за результатами випробування міцності зразків з жорсткого і гнучкого розчинів складу 1 : 3 нормального твердіння, були приблизно однаковими (табл. 33).

При зміні дозування гіпсу в межах від 1 до 5% (в перерахунку на сірчаний ангідрид) спостерігається мінімум водопотребности пластичного розчину, при цьому оптимальна дозування гіпсу в більшості випадків відповідає найменшому значенню водоцементного відносини.

При оптимальних для кожної тонкості помелу дозуваннях гіпсу збільшення питомої поверхні цементу в розглянутих межах підвищило водопотребность бетонних сумішей на 5-10%- Підвищення водопотребности обумовлено збільшенням кількості дрібних зерен цементу (розміром менше 60 мк).

Показники міцності портландцементів

Всі портландцементи даної серії відчували в зразках з дрібнозернистого пластичного бетону з/Д = 0,55, які пропаривали після 2-3-годинний попередньої витримки по режиму. 4+12 + 4 = 20 год при максимальній температурі 80°С. Результати випробування вказують, що при тепловологісної обробці дозування гіпсу необхідно збільшити (табл. 33).

Оптимальні дозування гіпсу, визначені за показниками міцності, підвищуються при збільшенні вмісту трьохкальцієвого алюмінату і зростанні ступеня дисперсності цементу від звичайної тонкості помелу, яка характеризується питомою поверхнею 2700-2900 см2/г, до самому тонкому в даних дослідах подрібненню ― близько 5000 см2/р.

Показники міцності портландцементів, що містили оптимальну добавку гіпсу, в жорсткому і пластичному розчинах 1 : 3. Найбільш високі показники міцності при стиску, розтягу і стиску як в умовах нормального тверднення, так і при пропарюванні мали цементи, виготовлені на основі клінкеру А, що містить 5% трьохкальцієвого алюмінату і близько 56% трьохкальцієвого силікату.

Значне підвищення кількості трьохкальцієвого алюмінату у клінкері негативно позначалося на міцності бетону після пропарювання, а також на його морозостійкості.

Величина відношення міцності пластичного розчину до міцності твердого розчину зростає з підвищенням тонкості помелу (табл. 35), тобто ефективність використання цементів в пластичному бетоні збільшується з підвищенням тонкості помелу.

При оптимальних добавки гіпсу не спостерігалося зниження міцності при стисненні і вигині в строки твердіння до 90 діб.

Впливу ступеня дисперсності цементу

Підвищення дисперсності портландцементу сприяло збільшенню його 3-добової міцності на розтяг при вигині в пластичному розчині та в бетоні, хоча і в меншій мірі, ніж міцності на стиск. Особливо значно, приблизно в 1,4-2 рази, зросла міцність при вигині, коли питома поверхня становила 4700-5Ю0сж2/р.

Великий інтерес представляло випробування міцності цементів різної тонкості помелу в бетоні, оскільки ще не склалося єдиної думки щодо впливу ступеня дисперсності цементу на цю властивість.

Морозостійкість вивчали на зразках-балочках розміром 4х4х16 см, виготовлених з дрібнозернистого бетону (крупність гранітного щебеню 15 мм). На морозостійкість випробовували зразки з достатньо сформованою структурою, які попередньо протягом 12 міс. витримували в камері повітряно-вологого зберігання. Прийнятий термін твердіння зразків відповідає умовам будівництва великих гідротехнічних споруд, для зведення яких вимагається, як правило, не менше одного року. Випробування на морозостійкість проводилося за звичайною методикою шляхом поперемінного заморожування зразків і відтавання.

На підставі отриманих даних можна скласти уявлення про вплив добавки гіпсу в портландцементі на морозостійкість бетону.

Для портландцементу Б характерно відносно невелика кількість трьохкальцієвого алюмінату (6%) при високому вмісті мінералів ― силікатів (81,4%). Збільшення дисперсності портландцементу негативно позначилося на морозостійкості бетону.

Портландцемент є среднеалюминатным з відносно високим вмістом мінералів-плавнів (СзА + С4АР= = 24,5%). При однаковому дозуванні гіпсу (2% у перерахуванні на сірчаний ангідрид) збільшення питомої поверхні цього цементу в 1,5-2 рази призвело до зниження морозостійкості приблизно в 2 рази. Однак підвищення дозування гіпсу до оптимальної 3,2% відновило морозостійкість бетону на тонкомолотом цементі Ст. Мабуть, утворення певної кількості гідросульфоалюміната кальцію на першій стадії твердіння бетону зробило корисний вплив на щільність цементного каменю і зменшення його усадки.

Що стосується высокоалюминатного портландцементу М, то для нього характерна тенденція до зниження морозостійкості по мірі збільшення питомої поверхні порівняно з початковою (2300-2900 см2/г). Підбираючи оптимальні дозування гіпсу, можна було лише кілька зменшити зниження морозостійкості, обумовлене більш тонким помелом цементу А.

З портландцементу А були виготовлені куби розміром 10х10х10 см з застосуванням гранітного щебеню крупністю до 30 мм. Куби випробовували на морозостійкість після 28 діб нормального повітряно-вологого зберігання, причому для прискорення випробування попереднє насичення і відтавання кубів проводилося в штучній океанській воді триразової концентрації (водний розчин солей концентрацією 100 г/л). Видно, що для даного виду цементу при певної міри її дисперсності є область оптимальних дозувань гіпсу, при яких бетон є найбільш стійким по відношенню до спільного дії води й морозу.

Сульфат кальцію, введений в портландцемент, в процесі гідратації цементу реагує з алюминатами кальцію і частково з алюмоферритами і утворює гидросульфо-алюмінат. Збільшення об'єму твердої фази сприяє ущільненню бетону і сприятливо позначається на його морозостійкості. При кількостях гіпсу, відрізняються від оптимальних, а в особливості при дозуваннях, що перевищують оптимум, стійкість бетону різко знижується. Це явище характерне не тільки для бетонів на малоалюминатных цементах (А), але і для бетонів на цементах з великим вмістом трьохкальцієвого алюмінату (Р).

За літературними даними, гідросульфоалюмінат кальцію може існувати в трьох-сульфатної і моносульфатной формах. 3. М. Ларіонова, Л. В. Нікітіна, С. В. Герчикова прийшли до висновку, що моносульфатная форма гідросульфоалюміната кальцію легко переходить у трьох-сульфатну під дією як хімічних, так і фізичних факторів. Дослідження, проведені О. М. Астреевой і Л. Я. Лопатниковой, показали, що гідросульфоалюмінат є неміцним з'єднанням і може руйнуватися з утворенням двоводяного гіпсу, гідрату окису кальцію і гідрату глинозему. Л. В. Нікітіна також вказує, що з часом кристали гідросульфоалюміната кальцію руйнуються. Руйнування гідросульфоалюміната прискорюється при підвищенні температури, в морській воді, а також при поперемінному зволоженні і висушуванні. У деяких дослідах спостерігалося зміна препарату трехсульфата після чотирьох циклів зволоження і висушування.

В наших дослідах зразки-балочки з надмірною кількістю гіпсу при випробуванні настільки деформувалися, що їх прогин було видно на око; ці зразки швидко покривалися тріщинами і через 15-25 циклів заморожування і відтавання повністю зруйнувалися. Таким чином, в портландцементи для змінних умов служби необхідно вводити оптимальні добавки гіпсу і не можна захоплюватися так званими «підвищеними» його дозуваннями.

Оптимальні дозування гіпсу, визначені за результатами випробування міцності і з умови отримання найбільш високої морозостійкості бетону, близькі і лише в деяких випадках повністю збігаються.

Найбільш стійким по відношенню до спільних дій розчину солей і морозу був цемент А, розмелений до питомої поверхні 3500-3900 см2/г з оптимальним дозуванням гіпсу.

В результаті проведеного дослідження виявлені і рекомендовані межі оптимальних, за показниками морозостійкості, дозувань гіпсу в залежності від питомої поверхні цементу і умов тверднення бетону.

Дослідження морозостійкості і міцності бетонів на швидкотверднучих портландцементах

У зв'язку з освоєнням цементною промисловістю випуску швидкотверднучих портландцементів і успішним використанням у будівництві, природним було дослідження морозостійкості і міцності бетонів на цих цементах.

Так, у твердому бетоні з В/Ц = 0,35 і пластичному бетоні з В/Ц = 0,55 були досліджені три портландцементу: марки 500, БТЦ-300 і БТЦ-400, які попередньо випробовувалися за стандартною методикою.

На думку С. Д. Окорокова, збільшення тонкості помелу цементу інтенсифікує зв'язування хлористого кальцію в оксихлорид кальцію і гидрохлоралюминат кальцію і тим самим підвищує швидкість гідратації цементу.

При використанні цього цементу хороший ефект дає короткочасне, 5-годинне, пропарювання бетону або 10-годинний м'який прогрівання при температурі 40°С. Дані показують, що відносне підвищення початкової міцності бетону при застосуванні БТЦ-400 (замість БТЦ-300) становить від 20 до 69%. У більш пізні терміни твердіння спостерігається тенденція до вирівнювання міцності бетонів на БТЦ-400 і БТЦ-300. Міцність зразків у процесі випробування визначали через 100 і 280 циклів заморожування і відтавання (відтавання відбувалося у водопровідній воді) і виражали в % до міцності у віці 28 діб.

Пластичні бетони нормального твердіння

Пластичні бетони нормального твердіння з БТЦ-300 і цементу марки 500 добре витримали 100 циклів заморожування. Після 280 циклів краще зберігся бетон з цементу марки 500. Однак пластичний пропарений бетон з БТЦ-300 витримав 100 циклів заморожування без зниження міцності, в той час як пропарений бетон з цементу марки 500 зруйнувався. Добавка 1,5% хлористого кальцію виявилася не тільки сильним интенсификатором твердіння бетону з БТЦ-300 і цементу марки 500, але разом з тим вона підвищила морозостійкість пластичних бетонів нормального твердіння з В/Ц 0,55 і 0,45. Пластичні бетони з добавкою хлористого кальцію, твердевшие в нормальних умовах, після 280 циклів заморожування зберегли 77-102% початкової міцності.

В роботі А. А. Гордєєва було встановлено зниження морозостійкості бетону при добавці хлористого кальцію. В наших дослідах помірна добавка хлористого кальцію (1,5%) вводилася в бетони, виготовлені на активних цементах з питомою поверхнею до 4000 см2/р. мабуть, вплив добавки хлористого кальцію на морозостійкість залежить як від дозування добавки, так і від тонкості помелу і хіміко-мінералогічного складу цементу.

Узагальнено результати випробування морозостійкості пластичних і жорсткого бетонів з БТЦ-300, БТЦ-цементу марки 400 і 500, отримані після 280 циклів заморожування і відтавання. Проведене дослідження привело до висновку, що в умовах поперемінного заморожування і відтавання поведінка бетонів з швидкотверднучих портландцементів, що містять оптимальну добавку гіпсу, принципово не відрізнялася від поведінки бетонів з цементу марки 500.

По режиму пропарювання 2 + 6 + 2 ч призвело до зниження морозостійкості пластичних бетонів з В/Ц і 0,55 0,45, що узгоджується з попередніми даними. Найбільш морозостійких виявився бетон з/Д = 0,45 на тонкомолотом цементі БТЦ-400. Це пов'язано з більш швидкою гідратацією активного цементу і інтенсивним утворенням контракционных пір, компенсуючих шкідливий вплив теплового розширення води замішування при пропарюванні.

Жорсткий бетон (витрата води 126 кг/м3, В/Ц = 0,35) нормального твердіння на БТЦ-400 і БТЦ-300 добре витримав 280 циклів заморожування (залишкова міцність 78-95%), причому не спостерігалося істотної різниці у поведінці бетону з добавкою хлористого кальцію і без нього. Жорсткий бетон з швидкотверднучих цементів, який піддавався гідротермальної обробки, після 280 циклів зберіг 67-75% початкової міцності.

Підвищена тонкість помелу швидкотверднучих портландцементів справляє як позитивний, так і негативний вплив на структуру, фізико-механічні властивості і морозостійкість бетону. Інтенсифікація процесу твердіння сприяє підвищенню ступеня гідратації цементу, збільшення обсягу контракционных пір в початкові строки та зменшення капілярної пористості.

Застосування поверхнево-активних добавок

Збільшення водоудерживающей здібності і пластичної в'язкості цементної суспензії у складі бетонної суміші сприяє поліпшенню однорідності бетону, так як при цьому зменшується розшарування. Зменшення розміру пор у цементному камені при підвищенні тонкощі подрібнення цементу, встановлене в роботах В. о. Стольникова, також сприяє підвищенню морозостійкості бетону.

Сприятливий вплив має підвищення механічної міцності бетону, особливо міцності на розтягання в пізні терміни, коли бетон починає піддаватися впливу поперемінного заморожування і відтавання.

Негативні явища, пов'язані зі збільшенням дисперсності цементу, виражаються в підвищеній усадки, яка може призвести до утворення мікро - і макротрещин і зниження морозостійкості бетону.

Результати дослідження морозостійкості виявили основна умова застосування швидкотверднучих цементів для одержання високоміцних бетонів, які добре протистоять руйнуючій дії багаторазового заморожування і відтавання: морозостійкість бетону з цементу цементу істотно зростає зі зменшенням капілярної пористості.

Теоретичні основи застосування адсорбирующихся добавок закладені у фундаментальних працях академіка П. А. Ребиндера і його школи.

Особливо важливим є використання наукових досягнень та практичного досвіду застосування поверхнево-активних добавок у технології цементу і бетону. Для сучасних технологій характерне комплексне поєднання методів прискорення твердіння бетону, заснованих на застосуванні швидкотверднучих цементів пропарювання і т. п. Поверхнево-активні добавки слід розглядати як засіб боротьби з негативними властивостями тонкомолотых швидкотверднучих цементів: з їх швидкою псуванням і зниженою морозостійкістю в пластичних бетонах.

Заміна звичайного портландцементу пластифицированным

Швидкотверднучим тонкомолотым цементів притаманний загальний недолік ― швидке зниження активності при зберіганні і перевезенні. Особливо різко (через 7-10 діб) знижується початкова міцність БТЦ, що містить активну мінеральну добавку. Це можна пояснити тим, що мінеральна добавка вносить в цемент деяку кількість вологи. Зниження активності призводить до того, що цемент, випущений як БТЦ, через 15-30 діб не задовольняє вимогам, що пред'являються до показників його початкової міцності. Для збереження активності тонкомолотых швидкотверднучих цементів, хоча б на короткий термін (15-21 діб), застосовують помірну їх гідрофобізацію, яка не знижує показників міцності.

З метою виявлення дії поверхнево-активних добавок на морозостійкість бетонів був використаний швидкотвердіючий портландцемент з активністю 210 кГ/см2 в добовому віці та 477 кГ/см2 ― у 28-добовому. Цемент містив 8% трепелу.

При введенні добавки бетони виготовляли або зі зменшенням В/Ц, або з збереженням того ж В/Ц, що і у контрольного бетону, але з меншою витратою цементу (табл. 41). Рухливість бетонних сумішей зберігалася приблизно однаковою (осадка конуса 3-4 см).

Після 300 циклів заморожування і відтавання один з трьох контрольних зразків зруйнувався, а два інших мали значні ушкодження і були зняті з випробування.

Заміна звичайного портландцементу пластифицированным дозволила або знизити В/Ц на 20%, або відповідно зменшити витрату цементу. В останньому випадку спостерігалося збільшення морозостійкості бетону з пластифікованого портландцементу, хоча не настільки значна як при зменшенні В/Ц.

Зразки бетонів з гідрофобного портландцементу після 300 циклів збереглися дуже добре. Випробування цих зразків було продовжено, і вони задовільно витримали 1217 циклів заморожування і відтавання. Те ж можна сказати про бетонах на пластифицированном портландцементі з зменшеним В/Ц. Після 1217 циклів зразки мали виколи тільки за известняковому заповнювача. Лущення граней або руйнування розчинної частини бетону не було.

петрографічний аналіз шліфів бетонів з гідрофобного портландцементу

Наводимо петрографічний аналіз шліфів, приготованих із зразків, що пройшли 1217 циклів (аналіз виконаний канд. техн. наук О. М. Астреевой).

Зразок бетону на гідрофобному цементі містив тонкозернистую слабо поляризаційних масу і уламки неразложивших-ся зерен клінкеру. Деякі ділянки виконані гидратом окису кальцію. Микрохимической реакцією при нагріванні виявлено Са(ОН)2. Спостерігалися в цементному камені пори мали розміри від 20 до 120 мк. Неразложившиеся.уламки клінкеру становили близько 30%.

Цементний розчин, відібраний з бетону на пластифицированном цементі, являв собою досить тонкозернистую масу, в якій знаходилися уламки неразложившегося клінкеру (близько 30%). Уламки мали розміри від 30 до 90 мк і складалися з кристалів аліта і беліта, зцементованих алюмо-феритами Основна тонкозернистая маса мала слабким подвійним лучепреломлением. Місцями зустрічалися ділянки, виконані гидратом окису кальцію. При дії на порошок цементного каменю розчином фенолу в нитробензоле і нагріванні з'являлася велика кількість кристалів фенолята кальцію, що також вказувало на присутність у зразку гідрату окису кальцію. Знаходилися в цементному камені зерна кварцу були щільно оточені тонкозернистим масою. Іноді між кварцовим зерном і тонкозернистим масою були порожнечі, подекуди заповнені гидратом окису кальцію.

Петрографічний аналіз показав, що розчинна частина бетону з пластифікуючої добавкою представляється у вигляді кварцових зерен (піщинок), щільно оточених дуже тонкозернистим масою новоутворень, містять близько 30% неразложившегося клінкеру. Ці дані узгоджуються з уявленнями про диспергирование крісталлітной структури новоутворень і про пептизирующем дії добавки.

Таким чином, значне підвищення морозостійкості бетонів на БТЦ спостерігалося в тому випадку, коли пластифікуючі дію добавок використовувалося для зменшення В/Ц і, отже, капілярної пористості пластичних бетонів.

Пластифікація бетонної суміші адсорбирующимися органічними добавками зумовлена зниженням міцності структури цементного тіста і розчинної частини бетону зі збільшенням обсягу цементного тесту, що викликається воздухововлечением. Дію першого чинника ― зменшення міцності структури цементного тіста в бетоні ― є прямим наслідком утворення адсорбційних шарів на частинках твердої фази цементно-водної суспензії.

Шляхом прямого експерименту було доведено, що дія поверхнево-активних речовин гідрофільного та гідрофобного типу на пластично-в'язкі властивості цементно-водної суспензії має адсорбційну основу і проявляється незалежно від додаткового залучення повітря. Висновок про адсорбційну природу впливу добавок поверхнево-активних речовин на реологічні властивості цементного тіста узгоджується з дослідженнями Ю. М. Бутта і Т. М. Берковича, застосовували непрямі методи, і з розвиненою М. І. Хигеровичем теорією пластифікації бетонних сумішей гидрофобизующими добавками.

Порівняння пластифікуючого впливу гідрофобізующіх добавок

Порівняння пластифікуючого впливу с. с. б. і гідрофобізующіх добавок, зроблене стосовно пластичним бетонів, виявило більш сильне пластифікуючі дію с. с. б. на пластичні бетонні суміші.

Неудобообрабатываемые малоцементные бетонні суміші краще пластифицируются гидрофобизующими добавками, що залучають повітря.

З формули капілярної пористості видно, що зменшення кількості води замішування на 8-10%, що звичайно спостерігається при введенні добавок в пластичний бетон, призводить при збереженні того ж витрати цементу до зменшення капілярної пористості бетону на 1,5-2%. Зменшення капілярної пористості щільно укладеного бетону з 8-9 до 6-7% супроводжується значним підвищенням його морозостійкості. Середня ділянка графіка залежності морозостійкості від капілярної пористості характеризує бетони, які потребують поверхнево-активної добавки для підвищення морозостійкості.

Бетони, які мають капілярну пористість менше 6%, зазвичай виготовляють з В/Ц менше 0,5 і з витратою портландцементу понад 300 кг/м3. Такі «жирні» бетони пластифицируются гірше, кількість води замішування в них при введенні добавок зменшується на 4-6%, а капілярна пористість знижується на 0,7-1%. Натурні випробування підтвердили, що застосування поверхнево-активних добавок у бетонах з відносно невеликою капілярної пористістю не призвело до сильного підвищення морозостійкості бетонних зразків (глава III). Тим не менш пластифікуючі поверхнево-активні добавки доцільно застосовувати і в бетонах з В/Ц = 0,45...0,5, зокрема для боротьби з розшаруванням бетонних сумішей.

Дослідження реологічних властивостей бетонних сумішей

Дослідження реологічних властивостей бетонних сумішей показали можливість підвищення пластичної в'язкості цементного тіста при введенні гідрофобізующіх добавок. Разом з тим пептизирующее вплив адсорбирующихся добавок сприяє більш рівномірному розподілу води і цементу в бетонній суміші і поліпшення структури бетону.

Внаслідок рівномірного розподілу і зменшення об'єму капілярних пор зменшується спрямована міграція вологи, яка в звичайному бетоні призводить до збільшення водовмісту окремих ділянок залізобетонної конструкції. У дослідах спостерігалося зменшення міграції вологи у разі застосування гідрофобного портландцементу. У цих дослідах вологість «холодного» кінця зразків, виготовлених на звичайному портландцементі, на 5-6% перевищувала вологість «теплого» кінця, в той час як в зразках з гідрофобного портландцементу це перевищення склало лише 0,3%. Таким чином, введення добавки сприяло більш рівномірному розподілу вологи в матеріалі.

Ущільнення цементного каменю знижує водонасичення при капілярному підсосі, що істотно для бетону зони змінного рівня води. Зменшення водонасичення при капілярному підсосі було практично однаковим для гідрофобного і пластифікованого портландцементу, що вказує на другорядну роль гідрофобізації стінок капілярів.

Гідрофобізація стінок капілярів цементного каменю спостерігається у разі застосування гідрофобного цементу або при введенні гидрофобизующей добавки в бетонну суміш. При цьому значно ускладнюється фільтрація води у твердому бетоні, що повинно позитивно позначитися на його стійкості.

Зменшення водонасичення при капілярному підсосі

Експериментально важко оцінити вплив власне гідрофобізації на стійкість бетону, так як введення в нього добавки завжди супроводжується зміною його структури внаслідок адсорбційного модифікування новоутворень, повітровтягування та зменшення витрат води.

Відомо, що введення поверхнево-активних добавок часто супроводжується додатковим залученням повітря в бетонну суміш. При ущільненні бетонної суміші видаляється частина втягнутого повітря. У цьому випадку в ущільненому бетоні є додаткова (порівняно із звичайним бетоном) повітряна пористість. Її величина залежить не тільки від дозування самої добавки, якості застосованих для бетону і матеріалів

складу бетону, але також і від виробничих факторів ― тривалості перемішування, товщини ущільнюваного шару бетону, інтенсивності ущільнення.

В наших дослідах, проведених з цементно-піщаними розчинами складу 1:2,5, які укладали шаром 10-63 мм, не спостерігалося додаткового залучення повітря при введенні гідрофільних і гідрофобних органічних добавок. Завдяки пластифікуючими дії добавки укладання розчинової суміші була більш щільною.

Однак дещо інші дані про воздухововлечении були отримані при дослідженні пластичних бетонів, виготовлених на гранітному і вапняковому щебені з найбільшою крупністю зерен 30 мм і піску з модулем крупності 2,4. Бетонні зразки виготовляли у формі кубів з розміром ребра 10 і 15 див. Рухливість бетонних сумішей характеризувалася осадкою конуса в межах 2-8 см і часом вібрування 8-30 сек. При введенні добавки с. зб. залучення повітря або зовсім не було, або було відносно невеликим ― до 0,8-1% обсягу ущільненого бетону.

Гидрофобизующие добавки до бетону

Гидрофобизующие добавки, рекомендовані для виробництва гідрофобного портландцементу ― мылонафт, асидол-мылонафт, олеїнова кислота ― викликали, як правило, більше залучення повітря, ніж добавка с. с. б. Найбільш висока залучення повітря спостерігалося при введенні милонафта. Обсяг додаткових повітряних пір, залишалися в свежеуплотненном пластичному бетоні, в більшості випадків був у межах 2-3%, іноді зростав до 4-5% і дуже рідко знижувався до 1-1,5%.

Пластичний бетон на гідрофобному портландцементі з добавкою олеїнової кислоти характеризувався меншим воздухово-потягом. Як показують досвідчені і виробничі дані, збільшення тривалості перемішування бетонної суміші може призвести до значного збільшення повітряної пористості бетону з гідрофобного портландцементу. Добавки-піноутворювачі типу омилення деревного пеку (пекового мила) характеризувалися більшою повітровтягучої здатністю порівняно з зазначеними гидрофобизующими добавками.

Оцінка впливу повітровтягування на будівельно-технічні властивості бетонів залежить від складу, зокрема «жирності» бетону. Як відомо, «худі» бетони і будівельні розчини є неудобоукладываемыми системами. Однак такі суміші краще пластифицируются гидрофобизующими добавками і значно гірше або зовсім не пластифицируются сульфітно-спиртової бардою.

На думку М. І. Хигеровича, мастильна дія орієнтованих гідрофобних плівок набуває особливого значення в малоцементных системах. Разом з тим введення гідрофобної добавки і викликане нею залучення повітря призводить до збільшення обсягу цементного тіста і поліпшенню удобноукладываемости «худих» бетонів і будівельних розчинів.

 

Залучення повітря

Залучення повітря впливає на міцність, водопоглинання, стійкість і інші властивості бетонів. Фізико-хімічні явища, пов'язані з утворенням адсорбційних шарів на цементних зернах, не роблять істотного впливу на міцність цементного каменю в 28-добовому віці. Передбачається, що добавки впливають на міцність остільки, оскільки вони змінюють щільність бетону. Міцність бетону при введенні в нього органічних добавок знизиться в тому випадку, якщо обсяг додатково залученого повітря буде перевищувати величину, на яку зменшилася кількість води замішування. Справедливість вказаної залежності перевіряли в дослідах з бетоном складу 1:0,55:1,95:3,6 (за вагою), виготовленим на гранітному щебені крупністю 5-30 мм з витратою цементу 350 кг/м3.

28-добова міцність бетону з портландцементу без добавок і з гидрофобизующей добавкою представлена в залежності від величини цементно-повітряного відносини.

Таким чином, експериментальні дані показують, що повітряні пори, отримувані в ущільненому бетоні при застосуванні воздухововлекающих добавок, можуть знизити міцність бетону в 28-добовому віці.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)