сотрудник
Белгород, Белгородская область, Россия
сотрудник
студент
студент
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Оптимизации бетонных смесей в производственных условиях с учетом требований к свойствам продукции и по экономическим причинам, придается большое значение. Для получения высоподвижных бетонов целесообразны суперпластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилата. Получены высокотехнологичные самоуплотняющие бетоны с применением добавок MasterGlenium 115 и MasterGlenium SKY 591 классом по подвижности П5.
высокотехнологичный бетон, добавка, суперпластификатор на основе поликарбоксилата, самоуплотняющийся бетон.
Оптимизации бетонных смесей в производственных условиях с учетом требований к свойствам продукции и по экономическим причинам, придается большое значение. Предприятия, осуществляющие производство железобетонных изделий и конструкций или бетонных смесей не обходятся без применения специальных добавок для бетона, существенно улучшающих качество и характеристики смеси и регулирующих процессы схватывания цемента и его твердения.
Современные производители бетона и железобетонных изделий и конструкций учитывают все возможности и нюансы, позволяющие рационально подобрать и приготовить высокотехнологичную бетонную смесь, увеличить прочность, влагонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость, сделать продукцию высокого качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Для повышения эффективности работы производители бетона и железобетонных изделий и конструкций используют специальные добавки в бетоны, воздействующие на поведение вяжущего на различных стадиях схватывания и твердения, и влияющие на качественные характеристики, как сборной, так и монолитной продукции, в течение всего периода эксплуатации.
|
Модифицирующие добавки |
Рис. 1. Переход от трех к пятикомпонентной системе при оптимизации бетонов
В настоящее время наибольшее значение имеют суперпластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилата (PCE), разработка которых тесно связана с созданием самоуплотняющихся бетонов (SCC). Первый патент на эту группу веществ и их использование в качестве суперпласти-фикаторов для бетона был заявлен в начале 80-х годов прошлого столетия в Японии. С использованием суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов были построены известные объекты: мост через залив в Токио (Tokio Bay Bridge) и высотные здания в центре Токио (Tokio Central Towers) [1–3].
В середине 90-х годов суперпластификаторы на основе эфиров поликарбоксилатов начали применять и в Европе. Значительную роль в разработке и внедрении новых видов суперпластификаторов рассматриваемого типа сыграл концерн BASF. Созданные РСЕ-суперпластификаторы позволяют производителям бетона получать продукты с улучшенными характеристиками и оптимизировать процесс производства, как с точки зрения экономики, так и с точки зрения экологии [4]. Главным положительным свойством поликарбоксилатов и тем новым элементом в способе разработки добавок, является то, что производители бетона могут сначала решить, какие свойства они хотели бы видеть в суперпластификаторе, а затем конструировать молекулы для получения именно заданного результата.
Применение высокоподвижной смеси, при производстве работ обеспечивает следующие преимущества:
- возможность бетонирования густоармированных конструкций при полном исключении виброуплотнения, что способствует улучшению экологии, а также снижению уровня шумового и вибрационного воздействия на рабочих;
- повышение производительности при производстве бетонных работ (увеличение скорости укладки бетона, значительное снижение трудозатрат, повышение оборачиваемости форм опалубки), увеличение темпов строительства;
- при высокой подвижности и стойкости к расслаиванию (высокая связность) самоуплотняющихся смесей гарантируется однородность, низкая пористость и улучшение физико-механических характеристик бетона, более высокое качество поверхности, что значительно увеличивает долговечность конструкций.
Долговечность бетонных конструкций напрямую связана с проницаемостью поверхностного слоя бетона, который должен защищать его от попадания веществ, инициирующих или распространяющих возможное вредное воздействие (CO2, хлориды, сульфаты, вода, кислород, щелочи, кислоты и т. д.).
На практике долговечность зависит от выбора материалов, состава бетона, а также от степени контроля во время укладки, уплотнения, ухода и выдержки.
Недостаточное уплотнение поверхностного слоя из-за трудностей осуществления виброуплотнения в узких пространствах между опалубкой и арматурными стержнями или другими закладными деталями (например, каналы для размещения высокопрочной напрягаемой арматуры), признано в качестве ключевого фактора недолговечности железобетонных конструкций, подверженных воздействию агрессивных сред. Основной причиной первоначальной разработки самоуплотняющегося бетона в Японии было преодоление именно этой проблемы. Традиционный вибрационный бетон подвергается уплотнению с помощью вибрации (или трамбовки), которая является дискретным, не непрерывным процессом. В случае внутреннего или глубинного вибрирования бетона, даже при правильном выполнении, объем бетона в пределах области воздействия вибратора не получает одинаковое количество энергии уплотнения. Аналогичным образом в случае наружного вибрирования результирующее уплотнение получается неоднородным, в зависимости от расстояния до источника вибрации. И результатом вибрирования является структура бетона с неравномерным уплотнением, следовательно, с различной проницаемостью, что повышает селективное проникновение агрессивных веществ. Последствия неправильного вибрирования (бетон с раковинами, расслоение и т. д.) обладают гораздо более негативным влиянием на проницаемость и в целом на долговечность.
Самоуплотняющийся бетон с заданными свойствами не обладает этими недостатками, образуется материал со стабильной низкой и равномерной проницаемостью, с меньшим количеством слабых мест для вредного воздействия окружающей среды и, следовательно, большей долговечностью [1].
Для разработки высокотехнологичных бетонов использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н (ЗАО «Осколцемент») с нормальной густотой цементного теста – 26,8 %, пределом прочности при сжатии в возрасте 28 суток – 49,2 МПа (соответствует требованиям ГОСТ 31108-2003, ГОСТ 30515-2013); смесь щебня фракций от 5 до 20 мм (табл. 1) с формой зерна по II группе (ОАО «Павловскгранит») насыпной плотностью 1390 кг/м3, маркой по дробимости ‒ 1400, маркой по морозостойкости ‒ F300 (соответствует требованиям ГОСТ 8267-93); песок (1 вид) для строительных работ 1 класса крупный (ОАО «Хромцовский карьер») с модулем крупности Мкр = 2,7, насыпной плотностью 1540 кг/м3 (соответствует требованиям ГОСТ 8736-93); песок (2 вид) Верхнекаменского месторождения 1 класса с модулем крупности Мкр = 1,9…2,0, насыпной плотностью 1410 кг/м3 (соответствует требованиям ГОСТ 8736-93); в качестве наполнителя – смесь фракций золошлаковых отходов и золы-уноса Каширской ГРЭС (табл. 2).
Таблица 1
Зерновой состав смеси щебня
фракций от 5 до 20 мм
|
Диаметр отверстий контрольных сит, мм |
2,5 |
5 |
12,5 |
20 |
25 |
|
Полные остатки на ситах, % по массе |
99,1 |
96,6 |
54,7 |
3,3 |
0 |
В качестве модифицирующих добавок применялись высокоэффективные высоководо-редуцирующие, суперпластифицирующие добавки на основе эфира поликарбоксилата MasterGlenium 115, MasterGlenium SKY 591 (табл. 3) (ООО «БАСФ Строительные системы»), рекомендуемые для изготовления высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей с длительной сохраняемостью, с высокими значениями ранней и конечной прочности. Данные добавки позволяют транспортировать бетонную смесь на значительные расстояния без потери ее технических характеристик. Применение добавок способствует значительному снижению водоцементного отношения и получение бетонов с высокими прочностными характеристиками при достаточно низких расходах цемента. При использовании суперпластифицирующих добавок на основе эфира поликарбоксилата исключается раствороотделение и оседание крупного заполнителя.
Таблица 2
Гранулометрия состава проб
золошлаковых отходов
|
Фракция, мкм |
№ 1 |
№ 2 |
№ 3 |
№ 4 |
|
% |
||||
|
> 315 |
0,8 |
5,4 |
13,8 |
13,5 |
|
200 – 300 |
0,0 |
0,1 |
0,0 |
0,0 |
|
100 – 200 |
0,1 |
5,2 |
4,1 |
3,8 |
|
50 – 100 |
2,7 |
15,3 |
18,5 |
19,4 |
|
45 – 50 |
2,1 |
2,9 |
3,2 |
3,6 |
|
20 – 45 |
34,6 |
32,0 |
29,0 |
26,4 |
|
10 – 20 |
24,6 |
16,5 |
13,4 |
13,7 |
|
5 – 10 |
16,3 |
10,5 |
8,2 |
9,0 |
|
4 – 5 |
3,9 |
2,5 |
2,0 |
2,2 |
|
3 – 4 |
3,5 |
2,4 |
2,2 |
2,1 |
|
2 – 3 |
3,2 |
2,2 |
2,1 |
2,0 |
Таблица 3
Показатели
|
Показатель |
MasterGlenium 115 |
MasterGlenium SKY 591 |
|
Внешний вид |
Однородная жидкость светло-желтого цвета |
Однородная жидкость коричневого цвета |
|
Плотность, кг/м³ |
1050…1090 |
1040…1080 |
|
Водородный показатель, рН |
5,5…7,5 |
5…9 |
|
Содержание Cl-иона, в масс.%, не более |
0,1 |
0,1 |
Таблица 4
Самоуплотняющие бетоны В30, F200,W8
|
№ п/п |
В/Ц |
Расход кг/м3 |
Master Glenium 115, % |
Master Glenium SKY591, % |
Осадка (расплыв) конуса, см |
|||||
|
Цемент |
Песок |
Щебень |
Зола |
Вода |
||||||
|
1 вид
|
2 вид |
|||||||||
|
1 |
0,5 |
380 |
850 |
850 |
920 |
100 |
190 |
− |
1,3 |
77 |
|
2 |
0,53 |
380 |
850 |
850 |
920 |
100 |
200 |
1,2 |
− |
77 |
|
3 |
0,43 |
400 |
850 |
850 |
920 |
100 |
170 |
1,2 |
− |
78 |
|
4 |
0,4 |
350 |
850 |
850 |
920 |
150 |
170 |
0,9 |
− |
72 |
|
5 |
0,38 |
350 |
850 |
850 |
920 |
160 |
165 |
0,8 |
− |
66 |
|
6 |
0,42 |
350 |
850 |
850 |
920 |
- |
160 |
− |
0,7 |
52 |
|
7 |
0,37 |
350 |
850 |
850 |
920 |
160 |
160 |
0,8 |
− |
68 |
|
8 |
0,36 |
350 |
850 |
850 |
920 |
157 |
160 |
0,8 |
− |
63 |
Получены самоуплотняющие бетоны с применением добавок на основе эфира поликарбоксилата MasterGlenium 115 и MasterGlenium SKY 591 классом по подвижности П5, классом по прочности В30, F200, W8 (табл. 5), не требующие трудозатрат для укладки и уплотнения бетонной смеси.
Несомненно, изобретение суперпласти-фикаторов на основе поликарбоксилата является одним из наиболее значительных открытий в области добавок, которые были сделаны за последние годы. Составы с использование данных материалов помогут решить множество проблем существующих в строительстве на данный момент.
1. Kodama Y. Current condition of self-compacting concrete. Cement Shimbun, No. Dec. 1997.
2. Forster S.W. High-Performance Concrete- Stretching the Paradigm. Concrete International, Oct, Vol. 16, № 10, pp.33-34. 1994
3. Aitcin P.-C. High Performance Concrete. E&FNSpon. 2004. 140 p.
4. Добавки на основе эфиров поликарбоксилатов для изготовления вибрационных и самоуплотняющихся бетонов// Стандарт организации СТО 70386662-306-2013. С. 12-30.
