Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные научные представления получения высокопрочных и высококачественных бетонов повышенной гидрофобности 11
1.1 Теоретические предпосылки получения высокопрочного и высококачественного модифицированного бетона 11
1.2 Закономерности изменения прочности и водонепроницаемости бетона в зависимости от рецептурно-технологических факторов 19
1.3 Эффективные добавки-модификаторы для быстротвердеющих бетонов повышенной гидрофобности 24
ГЛАВА 2. Характеристики исходных материалов методика исследований 32
2.1 Характеристики исходных материалов 32
2.2 Методика определения связанной воды и степени гидратации а 39
2.3 Методика определения свободного оксида кальция 39
2.4 Методика формования опытных образцов и физико- механических испытаний 40
2.5 Методика определения водонепроницаемости опытных об разцов 41
2.6 Методика определения прочности сцепления образцов 45
2.7 Система критериальных показателей оценки эффективности модифицирующих добавок 46
ГЛАВА 3. Основные закономерности процессов структурообразования цементного камня, модифицированного добавками 49
3.1 Сравнительная оценка влияния модифицирующих добавок на реологические свойства, процессы гидратации и кинетику набора прочности цементного камня 52
3.2 Особенности процесса гидратации и твердения цементного камня с суперпластификатором С-3 62
3.3 Фазовый состав и объемные изменения и в процессе гидратации и перекристаллизации пластифицированных и непластифициро-ванных цементных композиций 67
3.4 Твердение непластифицированных и пластифицированных цементных композиций в зависимости от рецептурно-технологических факторов 80
3.4.1 Кинетика набора прочности непластифицированных и пластифицированных цементных композиций в зависимости от дозировки гипсового камня 81
3.4.2 Влияние дозировки СП С-3 и температуры твердения на кинетику набора прочности цементного камня 86
3.5 Оценка влияния дозировки дисперсного наполнителя и комплексных модификаторов на кинетику набора прочности цементного камня 89
Выводы по главе 3 96
ГЛАВА 4 Гигрометрические и деформативные свойства цементного камня, модифицированного добавками 98
4.1 Оценка влияния модифицирующих добавок на водопоглоще-ние цементного камня 98
4.2 Влияние модифицирующих добавок на усадку цементного камня 104
Выводы по главе 4 106
ГЛАВА 5. Физико-механические и эксплуатационные свойства высокопрочного бетона 108
5.1 Водоцементное отношение - основной фактор, определяющий прочность бетона 108
5.2 Физико-механические свойства высокопрочного бетона с модифицирующими добавками 117
5.3 Водопоглощение высокопрочного бетона 121
5.4 Оценка влияние модифицирующих добавок на водопроницаемость высококачественного бетона 126
5.5 Объемные изменения модифицированного высокопрочного бетона 128
5.6 Когезионно-адгезионные свойства быстротвердеющего высокопрочного бетона повышенной гидрофобности 133
5.7 Оценка технико-экономической эффективности производства и применения высокопрочного бетона повышенной гидрофобности 135
Выводы по главе 5 138
Основные выводы 140
Библиографический список 143
Приложение
- Закономерности изменения прочности и водонепроницаемости бетона в зависимости от рецептурно-технологических факторов
- Особенности процесса гидратации и твердения цементного камня с суперпластификатором С-3
- Кинетика набора прочности непластифицированных и пластифицированных цементных композиций в зависимости от дозировки гипсового камня
- Физико-механические свойства высокопрочного бетона с модифицирующими добавками
Введение к работе
Актуальность работы. Последние десятилетия XX в. ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. Существенно изменились представления о процессах структурообразования, структуре и свойствах бетона. Появилась возможность прогнозировать свойства и активно управлять характеристиками бетона путем модифицирования его структуры различного рода химическими и минеральными добавками.
Наиболее полно современные возможности технологии бетона раскрылись в создании и производстве высококачественных, высокотехнологичных бетонов нового поколения (High Performance Concrete, НРС), с улучшенными эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, низкими адсорбционной способностью, коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью, бактерицидностью и стабильностью объема. Высококачественные бетоны, приготовляемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность на сжатие в возрасте 2 сут. 30-50 МПа, в возрасте 28 сут. 60-150 МПа, морозостойкость F600 и более, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглащение менее 1-2% по массе, истираемость не более 0,3-0,4 г/см , регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы этих бетонов превышает 200 лет.
В России такие бетоны нашли широкое применение при строительстве новых торговых рекреационных и торгово-развлекательных комплексов (Манежная пл., пл. Курского вокзала), коллекторов для инженерных сетей, транспортных тоннелей (пр-т Мира, Ленинский и Кутузовский проспекты и др.), путепроводов и развязок МКАД, высотных зданий («Смоленский пассаж», «Реформы», «Москва-Сити»), а также целого ряда специальных сооружений. За последние 10 лет из высококачественных бетонов изготовлено
свыше 250 тыс. м конструкций.
Получение высокопрочных и высококачественных бетонов с комплек
сом механических и эксплуатационных свойств успешно решается модифи
цированием его структуры добавками различного функционального назначе-
ф ния.
В ближайшем будущем произойдет постепенное замещение обычных
традиционных бетонов многокомпонентными бетонами различного функ
ционального назначения. В последних используются химические и мине
ральные модификаторы структуры, в том числе комплексные, включающие
порой несколько десятков индивидуальных химических добавок и активных
минеральных компонентов различной дисперсности (от 2000 до 25000 см2/г),
различные органические и неорганические расширяющие добавки, волокни
стые наполнители и другие специальные компоненты, придающие бетону
улучшенные функциональные свойства. Многокомпонентность бетонной
смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех эта-
^ пах технологии и получать универсальные бетоны с различными свойствами.
В последнее время наряду с новым строительством, ведется реставрация и реконструкция старых объектов. Проблемы, связанные с повышением водопроницаемости, особенно часто возникают в подземных переходах, различного рода ограждающих конструкциях, дорожных покрытиях, гидротехнических сооружениях и т.д. Вода, фильтруясь через бетон, вызывает разрушение защитного слоя, обнажение арматуры и ее коррозию, что снижает срок эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций. Существующие методы понижения проницаемости бетонных конструкций и изделий, основанные на обработке их поверхностей, сопряжены с увеличением стоимости, трудоемкости и сроков строительства.
В сложившейся ситуации с целью повышения долговечности бетонных
v~ и железобетонных конструкций, ремонта и восстановления дорожных одежд
весьма актуальным является использование быстротвердеющего высокопрочного бетона повышенной гидрофобности.
Многокомпонентность современных высокопрочных и высококачественных бетонов требует системного подхода к выбору исходных компонентов для его приготовления с целью создания бетона различного функционального назначения. Именно такой единый подход использован в работе при разработке высокопрочного быстротвердеющего бетона повышенной гидрофобности.
Цель работы и задачи исследований. Опираясь на концепцию получения высокопрочных и высококачественных бетонов нового поколения с улучшенными эксплуатационными свойствами и выполненный анализ литературных источников модифицирования бетонов добавками различного функционального назначения сформулирована цель настоящей диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое обоснование и разработка методологических и технологических аспектов получения многокомпонентного быстротвердеющего высокопрочного бетона повышенной гидрофобности, модифицированного комплексными добавками различного функционального назначения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить влияние модифицирующих добавок пластифицирующего и гидрофобизирующего действия и исследовать их эффективность в цементных композициях;
выявить основные закономерности изменения процессов структуро-образования цементного камня и бетона, модифицированных добавками;
исследовать прочностные и гигрометрические свойства модифицированных цементного камня и бетона;
- разработать оптимальные составы быстротвердеющего бетона по
вышенной гидрофобности;
исследовать прочность сцепления «нового» бетона со «старым». Научная новизна работы определяется решением проблемы получения высококачественных быстротвердеющих бетонов повышенной гидро-
8 фобности путем использования комплексных органоминеральных модификаторов, содержащих в своем составе высокоэффективный пластификатор, гидрофобизирующий компонент и реакционно-активный наполнитель на основе измельченных высокоплотных кремнистых пород.
Осуществлен выбор добавок-модификаторов различного функционального назначения, обеспечивающих в комплексе значительное водоредуци-рующее действие, высокие водоотталкивающие свойства, повышенное сцепление с основаниями и повышение прочности на растяжение при изгибе.
Из числа исследуемой совокупности добавок пластифицирующего и гидрофобизирующего действия выявлен высокоэффективный гидрофобиза-тор цементного камня - редиспергируемый латексный порошок PAV-29, обеспечивающий наряду с гидрофобными свойствами значительное водоре-дуцирующее действие.
Впервые предложено использовать реакционно-активный высокодисперсный наполнитель (РАВН) на основе природных высокоплотных опок низкой водопотребности с целью получения быстротвердеющих бетонов повышенной гидрофобности с высоким водоредуцирующим действием.
Разработан комплексный модификатор водоредуцирующего и гидрофобизирующего действия, включающий суперпластификатор С-3, гидрофобизирующий компонент PAV-29 и высокодисперсный наполнитель на основе природной высокоплотной опоки. Показана возможность эффективного использования комплексного модификатора для направленного формирования структуры, повышения ранней суточной и нормативной прочности высокопрочных бетонов повышенной гидрофобности.
Установлена оптимальная дозировка добавок пластифицирующего и гидрофобизирующего действия в комплексном модификаторе, обеспечивающая наименьшее водопоглощение и получение быстротвердеющего высокопрочного бетона повышенной гидрофобности.
Установлена возможность повышения прочности сцепления нового гидрофобизированного бетона, предназначенного для ремонта и восстановле-
9 ния дорожных одежд, со старым.
Практическое значение работы. Разработаны быстротвердеющие высокопрочные бетоны повышенной гидрофобности, модифицирование которых комплексными органоминеральными добавками, включающими СП С-3, PAV-29 и РАВН, позволяет обеспечить долговечность их при эксплуатации.
Полученные данные о влиянии добавок различного функционального действия на физико-механические и гигрометрические свойства позволяют расширить область применения быстротвердеющих бетонов повышенной гидрофобности.
Разработан оптимальный состав быстротвердеющего высокопрочного бетона повышенной гидрофобности, обеспечивающий высокую прочность сцепления нового бетона со старым для ремонта и восстановления дорожных одежд.
Расширена сырьевая база органоминеральных модификаторов на основе природных высокоплотных кремнистых пород.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: Международных научно-технических конференциях "Композиционные строительные материалы. Теория и практика", (г. Пенза, 2001 г., 2002 г.); «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (г. Пенза 2002г.), Всероссийских научно-технических конференциях: "Проблемы строительного материаловедения" (г. Саранск, 2002г.), «Актуальные проблемы современного строительства. Часть 1. Строительные материалы и изделия. Экология, инженерные системы, сооружения и технологии» (г. Пенза, 2001г.), «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения. Восьмые академические чтения РААСН», (г. Самара, 2004г.)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ.
#'
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка используемой литературы из 175 наименований, изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 38 таблиц.
Работа выполнена на кафедре «Технологии бетона, керамики и вяжущих» под руководством доктора технических наук, профессора Демьяновой B.C. и научного консультанта заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора Калашникова В.И
Закономерности изменения прочности и водонепроницаемости бетона в зависимости от рецептурно-технологических факторов
Основными факторами, определяющими проницаемость бетона являются вид и химико-минералогический состав используемых цементов, тонкость его помола, вид заполнителя, его гранулометрия, загрязненность, шероховатость, пористость, вид и количество вводимых добавок. Проницаемость цементного камня и бетона существенно зависит от его состава, в частности, водоцементного отношения, а также технологических параметров приготовления и уплотнения, последующего твердения и условий эксплуатации (относительной влажности, температуры воздуха, наличия агрессивных сред, циклических температурно-влажностных изменений и т. д.) [28-30, 76, 149-151].
В настоящее время накоплен значительный фактический материал о влиянии вида цемента на проницаемость бетонов [158, 159]. Для получения водонепроницаемых бетонов все виды цементов при прочих равных условиях (оптимальные составы и технология производства) можно использовать с предпочтением в порядке их перечисления: различные виды расширяющихся и напрягающих цементов, глиноземистые цементы, сульфатостой-кие портландцемента, алитовые низкоалюминатные цементы с содержанием гидравлических добавок до 5%. Применение средне- и высокоалюминатных цементов с содержанием добавок до 15%, пуццолановых и шлакопортланд-цементов нежелательно, так как на этих цементах, возможно вымывание гидрата окиси кальция и отдельных новообразований на основе СзА и C4AF, а из-за значительных деформаций при увлажнении и высыхании возникают микротрещины, которые резко увеличивают водопроницаемость конструкций.
На величину проницаемости значительное влияние оказывает увеличение тонкости помола цемента, что способствует созданию микрокапиллярной структуры цементного камня, значительному снижению объема макрокапилляров, и, как следствие, уменьшению проницаемости.
Значительное влияние на водопроницаемость бетона оказывает заполнитель. Результаты исследований А.Е. Шейкина, Ю. В. Чеховского, М.И. Бруссер свидетельствуют, что подбор заполнителя соответствующей гранулометрии позволяет на несколько порядков снизить проницаемость бетона по сравнению с проницаемостью нефракционированной гравийно-песчаной смеси. Наибольшее распространение в современной мировой практике получило разделение крупных заполнителей на четыре фракции: 5-20, 20-40, 40-75 и 75-150 [151,152].
Для бетонов с повышенной однородностью и, как правило, водонепроницаемостью рекомендуемое соотношение мелкого и крупного заполнителя г=п/щ находится в пределах от 0,35 до 0,45. Для достижения максимальной плотности бетона желательно использовать две фракции крупного заполнителя: фр. 5—10 и фр. 10—20 или фр. 5— 20 и фр. 20-40 соответственно по массе 35 и 65% и 45 и 55% [151].
По данным В.В. Стольникова и А.Е. Шейкина увеличение наибольшей крупности заполнителя свыше 150 мм не оказывает заметного снижения проницаемости. Так, неслучайно, в США при строительстве плотин внутренних зон и облицовочного слоя используется заполнитель диаметром не более 150 мм при расходе цемента 200-225 кг/м . При строительстве арочных плотин в Италии диаметр используемого крупного заполнителя не превышает 60-80 мм при расходе цемента 250—300 кг/м [151, 152].
Для получения изделий с низкой проницаемостью по существующим нормативам засоренность заполнителя не должна превышать 2% для песка и 1% для крупного заполнителя. Данные авторов [151, 152] свидетельствуют, что снижение загрязненности заполнителя в 2 раза позволяет понизить проницаемость бетона в 3-4 раза. При этом было выявлено, что с повышением загрязненности в контактной зоне увеличивается количество сообщающихся капилляров. Поэтому предельной загрязненностью (по содержанию илистых и глинистых примесей) для щебня следует считать - 0,5%, для песка - 1%.
Немаловажное значение для получения бетонов низкой водопроницаемости имеет контактная зона заполнителя с раствором, которая оказывает существенное влияние на физико-механические свойства бетонов. Сцепление между заполнителем и цементным камнем определяется геометрической формой и шероховатостью поверхности заполнителя, адгезией и возможным химическим взаимодействием между цементным камнем и заполнителем. В частности A.M. Викторов экспериментально доказал, что адгезия цементного раствора к заполнителю зависит от водопоглощения заполнителя, породы камня и состояния его поверхности. Так, при одинаковом виде заполнителя, наиболыпе значение прочности на отрыв будет соответствовать цементному камню с заполнителем околотой поверхности и низким водопоглощением, а наименьшая адгезия - цементному камню со шлифованной поверхностью и повышенным водопоглощением [151] .
И. Ф. Фильченков предлагает применять для бетонов повышенной водонепроницаемости заполнитель с водопоглощением не более 2% и пористостью не более 20%. В этом случае возможно получение бетонов с водонепроницаемостью марки В16—В24. При более высоких значениях водопоглощения и пористости резко возрастает проницаемость бетона в местах контакта заполнителя с цементным камнем вследствие обезвоживания цементного теста [151].
Опираясь на теоретические представления, логично предположить, что фактор водосодержания и В/Ц, расход цемента, будут решать определяющую роль. В этой связи высокоплотные и высокопрочные бетоны, с низкими В/Ц-отношениями характеризуются низкими показателями пористости и, как следствие малыми значениями водопроницаемости [34,38]. Показатели прочности и проницаемости бетона в зависимости от консистенции различны и изменяются по своим закономерностям. Так С.А. Выгодский и Вальц, исследовавшие влияние консистенции бетонной смеси на водопроницаемость и прочность бетона, пришли к выводу, что подвижные бетонные смеси марок по удобоукладываемости П2-П4 определяет низкие значения водопроницаемости и высокую прочность бетона. Для жесткой бетонной смеси значения высокой прочности будут сочетаться с высокой проницаемостью бетона, а для литой смеси значения низкой проницаемости с низкой прочностью бетона.
Особенности процесса гидратации и твердения цементного камня с суперпластификатором С-3
Развитие процессов гидратации и твердения цементных систем при использовании различных химических добавок характеризуется типичностью и в то же время определенными особенностями. Типичность состоит в том, что динамика роста прочности подчиняется общей известной закономерности. Особенности же состоят в том, что с учетом действия химических добавок определенные их разновидности могут на начальном этапе гидратации и твердения цементных систем замедлять, а в более поздние сроки ускорять эти процессы по сравнению с бездобавочной системой. Другие виды химических добавок могут ускорять процессы в ранние сроки твердения, а в более поздние сроки твердеющая система может и не достигать прочностных показателей, отмечаемых для бездобавочной системы. Третья разновидность химических добавок может способствовать ускорению процессов гидратации и твердения цементных систем как в ранние сроки, так и на всем временном промежутке по сравнению с бездобавочной системой.
Детальное изучение процессов гидратации и твердения цементного камня изучалось на отечественном суперпластификаторе СП С-3. Для испытаний использовались промышленные цементы и цементы, полученные помолом клинкеров Старооскольского, Вольского и Алексеев-ского цементных заводов с добавкой гипсового камня. Характеристики используемых цементов представлены в гл.2.
Прочность цементного камня и степень гидратации определялась для образцов из пластифицированного и непластифицированного теста нормальной густоты. Для сравнения были изготовлены прессованные образцы из цемента при влажности 9,6% при давлении 400МПа. Как следует из данных табл. 3.3 цементные пасты с суперпластификатором С-3 имели при одинаковой консистенции на 21-24% меньшее содержание воды (АВД).
Установлено влияние СП С-3 на кинетику твердения цементов. Значительное замедление набора прочности обнаружено для свежемолотых клинкерных цементов Вольского и Старооскольского цементных заводов. Суточная прочность на этих цементах составляет 0,75МПа и 0,45 МПа, в тоже время уже в возрасте 3 сут. прочность превысила контрольные значения на 10...20%. Цемент, полученный на основе клинкера ПО «Мордовцемент» не блокируется 1%-ной добавкой С-3 и обеспечивает более высокий набор прочности цементного камня с СП С-3 во все сроки испытания по сравнению с контрольным. Из промышленных цементов наименее чувствителен к замедляющему действию СП С-3 цемент ПО «Сода».
Степень гидратации пластифицированного и непластифицированного цемента существенно различается, особенно в ранние сроки, где значения ее отличаются в 2 раза.
Максимальная степень гидратации в первые сутки твердения достигнута у специально размолотого клинкера ОАО «Осколцемент» (с гипсовым камнем) до удельной поверхности 6030 см /г. Введение добавки С-3 существенно (в 2 раза) снижает степень гидратации в односуточном возрасте. Для некоторых цементов СП С-3 повышает степень гидратации в ранние сроки, причем это способствует повышению прочности ПЦ ПО «Сода» и ПО «Мор-довцемент» и сильному блокированию твердения Оскольского цемента.
Целесообразно оценить эффективность гидратационного фонда в формировании 3-х суточной прочности различных цементов по величине отношения показателя прочности R к степени гидратации 0 (табл. 3.4).
Для прессованного цемента показатель эффективности гидратного фонда самый высокий и достигает А9=9,0МПа/%. Для бездобавочных цементов этот показатель имеет различные значения: для ПЦ-500Д0 ПО «Сода» — 2,83 МПа/%, клинкерного цемента на основе ПО «Мордовцемент» -0,97 МПа/%, клинкерного цемента на основе ПО «Осколцемент» - 0,68 МПа/%.
Для большинства цементов с СП С-3 показатели эффективности гидратационного фонда мало отличаются от бездобавочных цементов. Для цемента ПЦ-500Д0 ПО «Сода» этот показатель достигает 2,5 МПа/%, ПО «Осколцемент» - 1,5МПа/%. Показатель гидратационного фонда клинкерных цементов изменяется от 0,95 до 1,18 МПа/%., и составляет для цемента ПО «Мордовцемент» - 0,95 МПа/%, а ПО «Осколцемент» - 1,18 МПа/%.
Сравнительный анализ результатов исследования свидетельствует, что низкая степень гидратации не всегда определяет низкую прочность. Особенно это проявляется в прессованных бездобавочных образцах водного твердения: эффективность гидратационного фонда в суточном возрасте здесь самая высокая - 11,4 МПа/%. С другой стороны добавка СП в некоторых цементах не столь сильно, как дефицит воды, замедляет гидратацию и полностью блокирует формирование суточной прочности: цементный камень на ПЦ-500Д0 ПО «Осколцемент» и клинкерном ПЦ-500Д0 ПО «Осколцемент» имеют чрезвычайно низкие показатели эффективности, соответственно, 0,03 и 0,025 МПа/%. Это означает, что гидратная фаза образуется в достаточном количестве и находится в системе полностью в виде субмикроскопических зародышей, сращивание которых блокируется адсорбционным пленками на них, в результате чего формирования прочности не происходит.
Таким образом, введение добавок в цементные системы изменяет условия для процессов гидратации и твердения клинкерной составляющей. Поэтому принципиально важно провести анализ гидратных новообразований в процессе их перекристаллизации при твердении цементов, модифицированных добавками.
Кинетика набора прочности непластифицированных и пластифицированных цементных композиций в зависимости от дозировки гипсового камня
Совокупная роль клинкерных минералов портландцемента, гипса и во-доредуцирующего действия суперпластификатора С-3 полностью не изучена. Ухудшение реологических свойств цементных композиций в начальной период после затворения обуславливается гипсовым механизмом. Негативная роль полуводного гипса, образующегося при помоле горячего цемента, проявляется в быстром ложном схватывании. Как было изучено, цементы с ложным схватыванием имеют низкую пластифицируемость суперпластификатором С-3, а бетоны быстро теряют подвижность во времени. Введение С-3 в строительный гипс в количестве 0,5-1,0% от массы в пересчете на сухое вещество хотя и приводит к разжижению гипсового теста, но удлиняет сроки его схватывания.
Оценка блокирующего действия суперпластификатора изучалась на товарных цементах заводского производства и клинкерных цементах, полученных помолом заводского клинкера с различной дозировкой гипсового камня. Предварительно изучены сроки схватывания цементов на тесте нормальной густоты при введении С-3 с водой затворения в количестве 0,5 и 1,0% от массы цемента (табл. 3.10).
Установлено, что для всех цементов добавка пластификатора в количестве 1% замедляет как начало, так и конец схватывания. Меньшее блокирующее действие на сроки схватывания оказывает СП С-3 на цемент ПЦ-500Д0 ПО «Сода». Сроки схватывания других видов цементов с однопроцентной добавкой С-3 замедляются практически в два раза. При снижении дозировки добавки до 0,5% замедляющее действие СП на начало и конец схватывания значительно снижается.
Более сильному блокирующему действию пластификатора подвержены свежемолотые клинкерные цементы Syfl=320,0 м /кг с добавкой гипсового камня. Несмотря на то, что нормальная густота теста на Вольском цементе при введении СП очень сильно понизилась (на 34%) и составила 17,1% вместо 26%, начало схватывания замедлилось в среднем в 2 раза, а конец схватывания - в 2,5-3,0 раза.
Для Старооскольского цемента негативное действие СП еще более значительно, начало и конец схватывания замедлились в 3-3,5 раза. Процессу формирования и упрочнения структуры цементного геля не способствуют даже благоприятные стесненные условия контактирования цементных частиц. В таких условиях цементная паста без СП при В/Ц = 0,17 имеет быстрые сроки схватывания и интенсивно затвердевает за 6 часов.
Из результатов исследований отчетливо выявляется роль добавки гипсового камня. Как недодозировка, так и передозировка гипса увеличивает сроки схватывания как пластифицированных, так и непластифицированных цементных паст. Оптимальная дозировка гипса для обоих видов цементов по результатам сроков схватывания составляет 6,0% от массы клинкера.
Влияние суперпластификатора С-3 на кинетику твердения клинкерных цементов определяли на образцах цементного теста нормальной густоты. Образцы 2x2x2 см твердели в нормально-влажностных условиях. Дозировка суперпластификатора, для уменьшения его блокирующего действия, была снижена до 0,8%, при этом нормальная густота сохранилась на прежнем уровне — для Вольского цемента- 17,5%, Старооскольского - 19,5%.
Как следует из табл. 3.11 прочность при сжатии цементного камня контрольных составов, в возрасте 1 сутки достигает 31,0...54,7 МПа в зависимости от вида цемента и дозировки гипсового камня. Оптимальная дозировка CaS042H20 для обоих видов цемента составляет 6%. При этом суточная прочность возрастает на 30-70% по сравнению с цементами, содержащими 4 и 8% гипса. К 28-суточному возрасту разница в показателях прочности не превышает 20%. Присутствие СП С-3 в цементном тесте понижает суточную прочность составов на цементах, неоптимальных по содержанию гипса, от полутора до двух с лишним порядков. Твердение составов на цементах с оптимальной дозировкой гипса замедляется в меньшей степени, однако их прочность значительно уступает контрольным цементам.
На вторые и третьи сутки прочность цементов с СП С-3 достигает прочности непластифицированных составов или превышает ее так же, как и через 28 суток твердения. Максимальная прочность при этом сохраняется для составов с оптимальной добавкой гипса.
На рис. 3.15-3.18 представлена кинетика и время структурообразования пластифицированных и непластифицированных цементов на основе клинкера ПО «Вольскцемент» и клинкера ПО «Осколцемент» с различным содержанием гипсового камня.
Физико-механические свойства высокопрочного бетона с модифицирующими добавками
Для высокопрочных бетонов усадочные деформации определяют зарождение и развитие в нем трещин при нагружении, а также долговечность и прочность в процессах попеременного увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания. Естественно, что в пластифицированных высокопрочных бетонах при низких водоцементных отношениях, высокой плотности цементного камня и значительной степени наполнения цементной матрицы мелким и крупным заполнителем, деформации усадки и набухания будут восприниматься жестким безусадочным каркасом. Литературные данные свидетельствуют о низких значениях воздушно-влажностной усадки высокопрочных бетонов, не превышающих 0,3.. .0,5 мм/м.
Изучена воздушно-влажностная усадка высокопрочных бетонов с органо-минеральными модификаторами.
Деформации усадки определялись в соответствии с ГОСТ 24544-81 на образцах-призмах 4x4x16 см. После 28-суточного твердения в нормально-влажно-стных условиях образцы помещались в воздушно-сухие условия с относительной влажностью 0 - 70...80%. После двухмесячного выдерживания в этих условиях с фиксированием деформаций усадки и до относительной стабилизации ее образцы помещались в эксикатор над хлоридом кальция, где относительная влажность поддерживалась на уровне 5.. .10%. (табл. 5.4)
Как следует из табл. 5.4, значительная часть усадочных деформаций реализовалась в течение первых 30-60 суток. Усадочные деформации бетона, модифицированного высокодисперсным наполнителем при относительной влажности 0 - 5...10% за 60 суток воздушно-влажностного хранения не превышает 0,57 мм/м, то есть такой бетон является малоусадочным, что должно гарантировать его высокую долговечность.
Наиболее характерные объемные изменения бетона представлены на рис. 5.4. Усадочные деформации быстротвердеющего высокопрочного бетона при относительной влажности 0=70-80% составляют 0,17-0,22мм/м за 60 сут. воздушно-влажностного хранения. Высушивание до полного удаления свободной влаги закономерно приводит к значительному возрастанию усадочных деформаций бетона, при этом для бетона контрольного состава без добавок они увеличиваются с 0,65 мм/м до 1,1 мм/м, а для бетона с редисперги-руемым латексным порошком PAV-29 с 0,5 мм/м до 0,78 мм/м. Введение комплексной добавки СП С-3 и PAV-29 уменьшило общее значение усадочных деформаций на всех этапах ее проведения: воздушно-влажностных условиях, воздушно-сухих и при высушивании.
Бетон является капиллярно-пористым телом, поэтому при возникновении у его противоположных поверхностей перепада давлений, концентраций, температур наблюдается процесс переноса вещества, направленный от большего давления (соответственно концентрации и т. д.) к меньшему.
Структура порового пространства бетона характеризуется широким диапазоном радиусов капилляров — от 15 А до десятых долей миллиметра. В процессе продолжающейся длительное время гидратации капилляры заполняются продуктами новообразований, которые перекрывают на отдельных участках капилляры.
Для цементного камня структуру проницаемых пор удобнее всего разделить на два вида: макроструктуру (г 10 "5 см) и микроструктуру (г 10 5 см).
Структура макропор характерна для большинства изделий из бетона и предопределяет в основном его физико-химические свойства, в том числе и проницаемость, хотя общий объем пор размером г 10 "5 см не превышает 30% от всего объема в бетоне. Следовательно, по параметрам полной пористости материала можно только приблизительно судить о возможной степени его проницаемости. Для высокопрочного бетона проницаемость характеризуется наименьшим диаметром каналов, а не средними размерами больших и малых сообщающихся пор, так как большие поры, определяющие пористость материала, соединяются микрокапиллярами, которые и характеризуют проницаемость.
Структура пор микрокапилляров определяется в основном капиллярами с г9= 10 5-10"6см. Длина этих капилляров соответствует толщине образца или несколько превышает ее из-за наличия заполнителя. Эти капилляры в нормальных условиях заполнены гигроскопической влагой.
В настоящих исследованиях изучена водонепроницаемость бетона приготовленного из бетонной смеси различной подвижности. Марка по удобоукдады-ваемости бетонной смеси контрольного состава, без добавок - Ж1, с использованием комплекса добавок - П5. Формование опытных образцов-цилиндров высотой 15см и диаметром 15см осуществлялось на стандартной виброплощадке.
Получение высококачественного модифицированного бетона достигалось путем комплексного использования суперпластификатора С-3 и гидрофобиза-тора PAV-29. Содержание СП С-3 составляло 1,0%, гидрофобизирующей добавки PAV-29 - 1,0% от массы цемента.
Сравнительная оценка водонепроницаемости бетона, определялась в соответствии с методикой ГОСТ 12730.5-84 по «мокрому пятну» и по воздухопроницаемости на приборе «Агама-2Р». (табл. 5.5) В ходе эксперимента при создаваемом давлении в 1,8МПа просачивание воды не наблюдалось. Возможность используемой установки не позволила создать давление воды, необходимое для протекания образцов. В связи с этим, ориентировочную величину давления протекания определяли расчетным путем из следующего выражения: